Investigation of the effect of carbon fiber surface modifications on the radar absorbing properties
Karbon fiber yüzey modifikasyonlarının radar soğurma özellikleri üzerindeki etkilerinin araştırılması
- Tez No: 934720
- Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA EROL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Dokuz Eylül Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 80
Özet
Elektronik cihazların ve telekomünikasyonun hızla yaygınlaşması, cihaz arızalarına ve veri bozulmalarına yol açabilen elektromanyetik girişim (EMI) sorununu artırmıştır. Bu çalışma, karbon fiber kumaşların (CFF), nikel-çinko (NiZn) alaşımı ile güçlendirilmesi ve daha sonra epoksi matris içine gömülü Fe3O4 nanopartikülleri ile modifiye edilmesiyle elde edilen malzemelerin EMI kalkanlama etkinliğini incelemektedir. Araştırma iki aşamadan oluşmaktadır. İlk aşama, CFF'nin yansıma tabanlı kalkanlama özelliklerini NiZn alaşım kaplamaları ile iyileştirmeye odaklanmaktadır. CFF numuneleri farklı sürelerde (20, 40 ve 60 dakika) elektrokaplama işlemine tabi tutularak CFF/NZ20, CFF/NZ40 ve CFF/NZ60 olarak adlandırılan numuneler elde edilmiştir. X-ışını kırınımı (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile yapılan karakterizasyon, NiZn kaplamanın kristal yapısını doğrulamış ve artan kaplama süresiyle karbon fiberler üzerinde sürekli bir metalik tabaka oluştuğunu göstermiştir. Bir vektör ağ analizörü (VNA) kullanılarak yapılan elektromanyetik ölçümler, artan NiZn kaplama kalınlığı ile iletim katsayısında önemli bir azalma olduğunu göstermiştir. En düşük iletim katsayısı, dolayısıyla en yüksek kalkanlama performansı, 8 GHz'de -53.70 dB değerine ulaşan CFF/NZ60 numunesinde gözlenmiş ve bu numunenin gelen elektromanyetik dalgaların sadece %0.00043'ünü ilettiği belirlenmiştir. Bu aşama, NiZn kaplamanın sağladığı önemli yansıma tabanlı kalkanlamayı vurgulamaktadır.Ortalama kalınlığı 0,8 mm olan numunelerden bu kadar yüksek bir kalkanlama etkisinin elde edilmesi çalışmanın önemini vurgulamaktadır. İkinci aşama, yansıyan dalgaların neden olduğu ikincil EMI kirliliğini azaltmak için Fe3O4 nanopartiküllerini dahil ederek tamamen yansıma tabanlı kalkanlamanın sınırlamalarını ele almıştır. Bu yaklaşım, soğurmayı artırmayı hedeflemektedir. CFF'ye NiZn alaşımı (CFF/NZ60) ve Fe3O4/epoksi hiyerarşik kaplamaları uygulanmış ve X-bandı (8-12 GHz) EMI kalkanlama ve mikrodalga özellikleri değerlendirilmiştir. Yapısal ve elementel analiz XRD, X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ve SEM kullanılarak gerçekleştirilmiştir. VNA ölçümleri, 50:50 ağırlık oranına sahip CFF/Ni-Zn/Fe3O4-epoksi kompozitinin (CFF/NZ/F50E50) 8.73 GHz'de -31.96 dB'ye ulaşan en güçlü yansıma performansını sergilediğini ve 8.41 ile 9.08 GHz arasında -20 dB'yi aşan geniş bir yansıma kaybına sahip olduğunu ortaya koymuştur. Kritik olarak, Fe3O4 nanopartiküllerinin dahil edilmesi, dielektrik ve manyetik kayıp özelliklerini önemli ölçüde iyileştirerek ortalama 43 dB'lik önemli bir soğurma katkısına yol açmıştır. CFF/NZ/F50E50 numunesi, toplam kalkanlama etkinliğinin (SET) %99'unu oluşturan 8.24 GHz'de 45.75 dB'lik bir absorbsiyonun kalkanlama etkiliği (SEA) değerine ulaşmıştır. Bu iki aşamalı çalışma, etkili EMI kalkanlaması için yansıma ve soğurma mekanizmalarının birleştirilmesinin potansiyelini göstermektedir. NiZn kaplama öncelikle yansıma tabanlı kalkanlama sağlarken, Fe3O4 nanopartiküllerinin eklenmesi soğurma ağırlıklı EMI kalkanlama malzemeleri oluşturarak CFF/Ni-Zn/Fe3O4-epoksi kompozitlerinidüşük yansımalı ve emilim baskın EMI koruma malzemeleri olduğunu göstermiştir. Sonuçlar, CFF/Ni-Zn/Fe3O4-epoksi kompozitlerinin çeşitli teknolojik uygulamalar için umut verici adaylar haline getirmektedir.
Özet (Çeviri)
The common usage of electronic devices and telecommunications has increased the problem of electromagnetic interference (EMI), which can lead to device failures and data corruption. This study investigates the EMI shielding effectiveness of carbon fiber fabrics (CFF) obtained by reinforcing them with nickel-zinc (NiZn) alloy and then modifying them with Fe3O4 nanoparticles embedded in an epoxy matrix. The research consists of two stages. The first stage focuses on improving the reflection-based shielding properties of CFF with NiZn alloy coatings. CFF samples were subjected to electroplating process for different times (20, 40 and 60 min) and samples named as CFF/NZ20, CFF/NZ40 and CFF/NZ60 were obtained. The crystalline structure of NiZn Confirmed by characterization of X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) coating and showed that a continuous metallic layer was formed on the carbon fibers with increasing coating time. Electromagnetic measurements using a vector network analyzer (VNA) device demonstrated a significant decrease in the transmission coefficient with increasing NiZn coating thickness. The lowest transmission coefficient, and therefore the highest shielding performance, was observed in the CFF/NZ60 sample, which reached -53.70 dB at 8 GHz, and it was determined that this sample transmitted only 0.00043% of the incident electromagnetic radiation. This stage highlights the significant reflection-based shielding effectiveness provided by the NiZn coating. The fact that such a high shielding effect was achieved from samples with an average thickness of 0.8 mm highlights the importance of the study. The second stage addressed the limitations of pure reflection-based shielding by incorporating Fe3O4 nanoparticles to reduce secondary EMI pollution caused by reflected waves. This approach aims to increase Shielding effectiveness of absorption. NiZn alloy (CFF/NZ60) and Fe3O4/epoxy hierarchical coatings were applied to CFF and their EMI shielding and microwave properties were evaluated for in a range of 8-12Ghz (X-band) frequency. Structural and elemental analysis were performed using XRD, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and SEM. CFF/Ni-Zn/Fe3O4-epoxy composite with 50:50 weight ratio (CFF/NZ/F50E50) exhibit the strongest reflection performance reaching up to -31.96 dB at 8.73 GHz and had a wide reflection loss exceeding -20 dB in a range of 8.41 and 9.08 GHz determined by VNA measurements system. Critically, the dielectric and magnetic loss performances were enhanced adding the incorporation of Fe3O4 nanoparticles remarkably, leading to a significant absorption contribution of 43 dB on average. The sample of CFF/NZ/F50E50 achieved a shielding effectiveness of absorption (SEA) value of 45.75 dB at 8.24 GHz, accounting for 99% of the total shielding effectiveness (SET). This two-stage study demonstrates the potential of combining reflection and absorption mechanisms for effective EMI shielding. The NiZn alloy coating provides primarily reflection-based shielding, while the addition of Fe3O4 nanoparticles creates EMI shielding materials dominated by absorption. These results demonstrate that CFF/Ni-Zn/Fe3O4-epoxy composites are low-reflection and absorption-dominated EMI shielding materials. The findings suggest that CFF/Ni-Zn/Fe3O4-epoxy composites are promising candidates for various technological applications.
Benzer Tezler
- Karbon elyaf takviyeli akrilik kemik çimentoları: Çeşitli elektrokimyasal yüzey değişikliklerinin mekanik özelliklere etkileri üzerine bir araştırma
Carbon fiber reinforced acrylic bone cements: An investigation on the effects of various electrochemical surface modifications on the mechanical properties
EMİNE ÖZGE AKKAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Bilim ve Teknolojiİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiNanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET AYKAÇ
- Graphene based materials obtained from graphite and polyacrylonitrile based carbon fiber for energy storage and conversion systems
Enerji depolama ve dönüşüm sistemleri için grafit ve poliakrilonitril esaslı karbon fiberden grafen tabanlı malzemelerin üretilmesi
MEHMET GİRAY ERSÖZOĞLU
Doktora
İngilizce
2022
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ
PROF. DR. YÜCEL ŞAHİN
- Çeşitli katkılı ve katkısız polimer yatakların sürtünme ve aşınma karakteristiklerinin deneysel tayini
Başlık çevirisi yok
VEDAT TEMİZ
Doktora
Türkçe
1998
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA GEDİKTAŞ
- Karbon fiberlerden imal edilen kompozit yapılarda, fiber yüzey işlemlerinin fiber, ara bölge ve kompozit yapı özelliklerine etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of fiber surface treatments on fiber, interphase, and composite properties of composites made of carbon fibers
SEÇKİN ERDEN
Doktora
Türkçe
2009
Makine MühendisliğiEge ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HASAN YILDIZ
- Karbon elyaf takviyeli dokuma kumaş içeren kompozit malzeme üretimi ve mekanik özelliklerinin belirlenmesi üzerine bir çalışma
An investigation about producing of carbon fiber reinforced woven fabric composite materials and characeri̇zation of mechanical properties
NAZİFE KORKMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET DAYIK