İletken polimer tabanlı biyouyumlu süperkapasitörlerin geliştirilmesi
Development of conductive polymer based biocompatible supercapacitors
- Tez No: 945900
- Danışmanlar: PROF. DR. SİNEM ORTABOY SEZER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Biyoteknoloji, Kimya, Energy, Biotechnology, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Biyouyumluluk, Karminik asit, Polianilin, Süperkapasitör, Biocompatibility, Carminic acid, Polyanilines, Supercapacitor
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Fiziksel Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Günümüzde teknolojinin hızlı gelişimiyle birlikte enerji ihtiyacı hızla artmakta; bu ihtiyacın sürdürülebilir, çevre dostu ve insan sağlığına zarar vermeyecek şekilde karşılanması kritik hale gelmektedir. Bu bağlamda, güneş, rüzgâr ve hidroelektrik gibi yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelim artmış; ancak bu kaynakların kesintili doğası, yüksek performanslı enerji depolama sistemleriyle entegrasyonu zorunlu kılmıştır. Süperkapasitörler, çevre dostu yapıları, uzun döngü ömürleri, yüksek güç yoğunlukları ve hızlı şarj-deşarj kapasiteleri ile bu gereksinimleri karşılayabilecek umut verici sistemler arasında yer almaktadır. Özellikle giyilebilir elektronikler, implant sistemler ve biyomedikal uygulamalar için geliştirilecek süperkapasitör elektrotlarında, yüksek elektrokimyasal performansın yanı sıra biyouyumluluk, esneklik ve sürdürülebilirlik de önem arz etmektedir. Bu tez çalışmasında, iletken polimerlerden biri olan polianilin (PANI) ile doğal kaynaklı bir metal kompleks boya olan NR4 (Natural Dye-4) kullanılarak, karbon kumaş tabanlı, elektrokimyasal olarak sentezlenmiş, çevreye duyarlı ve biyouyumlu elektrotlar geliştirilmiştir. Elektrokimyasal polimerizasyon yöntemi kullanılarak film kalınlığı ve aktif yüzey yapısı kontrollü biçimde optimize edilmiş, NR4 boyasının katkı oranı varyasyonları değerlendirilmiştir. Elektrotların morfolojik, yapısal ve kimyasal karakterizasyonları SEM, TEM ve XRD analizleri ile gerçekleştirilmiştir. Elektrokimyasal performansları ise CV, GCD ve EIS yöntemleriyle kapsamlı şekilde değerlendirilmiştir. Ayrıca, MTT testi ile biyouyumluluk düzeyi belirlenmiş ve canlı hücreler üzerindeki olası toksik etkiler analiz edilmiştir. Geliştirilen simetrik ve asimetrik süperkapasitör konfigürasyonlarında 0,55 V ila 1,25 V arasında çalışma gerilimleri elde edilmiş; 42,36 µWh cm⁻² (19,25 Wh kg⁻¹) enerji yoğunluğu ve 4,74 mW cm⁻² (1,101 kW kg⁻¹) gibi yüksek güç yoğunluğu değerlerine ulaşılmıştır. Ayrıca, 1 M H₂SO₄ elektroliti ortamında 1 V s⁻¹ tarama hızında gerçekleştirilen 5000 döngü sonunda %97,86 çevrim kararlılığı gözlenmiştir. Bu veriler, geliştirilen elektrotların yalnızca yüksek performanslı enerji depolama sistemleri için değil, aynı zamanda biyomedikal ve giyilebilir teknolojilerde kullanılabilecek güvenli ve etkili malzeme adayları olduğunu ortaya koymaktadır. Bu tez çalışması, disiplinler arası bir yaklaşımla süperkapasitör araştırmalarına hem enerji verimliliği hem de biyouyumluluk açısından özgün katkılar sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, biocompatible and environmentally sensitive electrodes based on carbon cloth were developed by employing polyaniline (PANI), a conductive polymer, and NR4 (Natural Dye-4), a naturally derived metal-complex dye. Through the use of the electrochemical polymerization technique, the thickness of the active layer and the surface morphology were precisely controlled, and the effect of varying NR4 dye concentrations was systematically investigated. Morphological, structural, and chemical characterizations of the synthesized electrodes were performed using SEM, TEM, and XRD analyses. Their electrochemical performances were thoroughly evaluated by cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge-discharge (GCD), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Additionally, the biocompatibility of the developed materials was assessed through MTT assays, which provided insight into their potential cytotoxic effects on living cells. In the symmetric and asymmetric supercapacitor configurations prepared using these electrodes, operating voltages ranging from 0.55 V to 1.25 V were achieved. Energy densities reached up to 42.36 µWh cm⁻² (19.25 Wh kg⁻¹), while maximum power densities were calculated as 4.74 mW cm⁻² (1.101 kW kg⁻¹). Furthermore, the devices exhibited excellent cycling stability, maintaining 97.86% of their initial performance after 5000 cycles at a scan rate of 1 V s⁻¹ in 1 M H₂SO₄ electrolyte. These findings demonstrate that the developed electrodes are not only suitable for high-performance energy storage systems but also hold significant promise as safe and efficient materials for biomedical and wearable technology applications. This thesis provides an interdisciplinary contribution to the field of supercapacitors by addressing both energy efficiency and biocompatibility in a unified research framework.
Benzer Tezler
- Çizgisel kaynaktan ışıyan elektromağnetik dalgaların mükemmel iletken silindir takkesinden optik gibi saçılması
Başlık çevirisi yok
ADNAN GÖRÜR
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Makine MühendisliğiUludağ ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. H. ERGUN BAYRAKÇI
- Foto-iletkenlik ölçüleri için uygun silisyum numunelerin hazırlanması
Başlık çevirisi yok
AYTEKİN ERDEM
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
Fizik ve Fizik MühendisliğiTrakya ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. HASAN AKBAŞ
- Reaktif buharlaştırma tekniğiyle hazırlanan SnOx ve Sn-SnOx ince filmlerinin elektrik özellikleri
Başlık çevirisi yok
BERKAY GÖRGEZ
- Bir küresel reflektör üzerinde uyarılan yüzey akımları
Surface currents induced on a perfectly conducting spherical reflector
TANER ŞENGÖR
Doktora
Türkçe
1983
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF. DR. MİTHAT İDEMEN