Photothermal self-healing of thermoplastic polyurethane composites by bismuth-tin core-shell particles
Bizmut-kalay çekirdek-kılıf parçacıkları ile termoplastik poliüretan kompozitlerin fototermal kendiliğinden iyileşmesi
- Tez No: 974979
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SİMGE ÇINAR AYGÜN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Metallurgical Engineering, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, sıvı metal özellikli Bizmut-Kalay (BiSn) parçacıkları ile termoplastik poliüretan (TPU) birleştirilerek elde edilen kompozit filmler ve bu filmlerde oluşan hasarlı bölgelerin yakın kızılötesi (NIR) ışık altında fototermal etkiyle iyileştirilmesi incelenmiştir. Sıvı metal parçacıkların polimer matris içerisinde homojen bir şekilde dağılması ve farklı oranlarda elde edilen kompozit filmlerin morfolojik bütünlüğü değerlendirilmiştir. Homojen film üretiminin başarıyla gerçekleştirilmesinin ardından, filmlerin fototermal özellikleri ve buna bağlı olarak iyileşme performansları araştırılmıştır. NIR ışık altında BiSn parçacıkları, fototermal etki yoluyla lokal ısı üretmiş; bu sayede polimer matris içerisinde zincir hareketliliği artmış ve yüzeyde oluşan çatlakların kapanması mümkün hale gelmiştir. BiSn'in yüksek NIR soğurma kapasitesi ve etkili fototermal dönüşüm yeteneği, çekirdek-kılıf yapısıyla birleşerek, TPU matrisi içerisinde üniform bir dağılım ve etkin bir entegrasyon sağlamıştır. Yalnızca %0.5 oranında BiSn katkısı ile hazırlanan kompozit filmlerin mekanik özellikleri iyileşmiş ve tensile strength değeri yalın TPU'ya göre neredeyse iki katına çıkarak 46 MPa'a ulaşmıştır. Yakın kızılötesi ışık altında, filmlerin yüzey sıcaklığının lokal olarak 1 dakika içerisinde 145 °C üzerine çıktığı gözlemlenmiştir. Bu sıcaklık, polimerin erime sıcaklığına oldukça yakın olup, zincir hareketliliğini artırarak çatlakların hızlı bir şekilde kapanmasına olanak tanımıştır. Bu sayede, hasarlı bölgelerde 10 dakika içerisinde %89 gibi yüksek bir iyileşme verimliliğiyle başarılı bir onarım sağlanmıştır. Kendi kendini iyileştirmenin polimer zincir hareketliliğinin kolaylığına dayandığı, yüksek mekanik performansın ise bu hareketliliği doğası gereği kısıtladığı düşünüldüğünde, bu çalışmada hem yüksek mekanik mukavemet hem de mükemmel iyileşme verimliliğine ulaşmak dikkate değer bir sonuçtur. Daha da önemlisi, bu iyileşme süreci optik şeffaflığın tamamen kaybolmadan gerçekleştirilmiş ve bu da hem mekanik dayanıklılık hem de ışık geçirgenliği gerektiren uygulamalarda görsel veya optik performansın sürdürülmesi potansiyelini göstermiştir. Ayrıca, literatürde yaygın olarak araştırılmamış bir teknik olan başlangıç TPU bileşimi değiştirilerek kompozit filmlerin mekanik özellikleri ile iyileşme performansı arasındaki ilişki araştırılmıştır. Ayrıca, filmlerin farklı yöntemlerle işlenebilirliği de incelenmiştir.
Özet (Çeviri)
This thesis investigates the fabrication of composite films by incorporating liquid metal bismuth-tin (BiSn) core-shell particles into thermoplastic polyurethane (TPU), as well as the photothermal healing of damaged regions under near-infrared (NIR) light exposure. The dispersion behavior of BiSn particles within the polymer matrix and the morphological integrity of films prepared with varying particle concentrations were examined. Following the successful production of homogeneous films, their photothermal properties and corresponding healing performances were systematically evaluated. Upon NIR irradiation, BiSn core-shell particles generated localized heat through the photothermal effect, which enhanced polymer chain mobility and enabled the closure of surface cracks. The high NIR absorption capacity and efficient photothermal conversion of BiSn, along with its favorable core–shell structure, facilitated uniform dispersion and effective integration within the TPU matrix. It was observed that films containing only 0.5 wt.% BiSn, the mechanical properties of the composite films were improved, and the tensile strength nearly doubled compared to neat TPU, reaching 46 MPa. Under near-infrared irradiation, the surface temperature of the films was observed to exceed 145 °C locally within 1 minute. This temperature, being close to the polymer's melting point, significantly promoted chain mobility, leading to rapid crack closure and effective healing within 10 minutes with 89% self-healing efficiency. Considering that self-healing relies on the ease of polymer chain mobility, whereas high mechanical performance inherently restricts this mobility, achieving both high mechanical strength and excellent healing efficiency in this study is a remarkable outcome. Importantly, this healing process was achieved without a complete loss of optical transparency, demonstrating the potential for maintaining visual or optical performance in applications requiring both mechanical resilience and light transmission. Furthermore, the relationship between the mechanical properties and healing performance of composite films was investigated by varying the initial TPU composition, a technique not widely researched in the literature. Furthermore, the processability of the films in different ways was investigated.
Benzer Tezler
- Kendi kendini onarabilen nanokompozit hidrojel sistemlerin tasarımı, sentezi ve karakterizasyonu
Design, synthesis and characterization of self-healing nanocomposite hydrogel systems
NURNİSA ELÇİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Polimer Bilim ve TeknolojisiHacettepe ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HATİCE KAPLAN CAN
- Design and fabrication of novel reactive hydrogels for delivery of therapeutic agents and biomolecular immobilization
İlaç taşıma ve biyomoleküler immobilizasyon için yeni reaktif hidrojellerin tasarımı ve sentezlenmesi
LAURA CHAMBRE
- Nanoparçacık yüklü hidrojeller
Nanaoparticle loaded hydrogels
HÜSNA KILIÇ
Doktora
Türkçe
2023
BiyoteknolojiBezm-İ Alem Vakıf ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. DENİZ CEYLAN TUNCABOYLU
- Polymeric functional coatings for biomedical applications
Biyomedikal uygulamalar için polimerik fonksiyonel kaplamalar
GHAZALEH AZIZI SAADATLOU
Doktora
İngilizce
2024
Polimer Bilim ve TeknolojisiKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADEM LEVEND DEMİREL
- Synthesis of CuS containing ferritin nanoparticles and determination of phototermal properties
CuS içeren ferritin nanopartiküllerin sentezi ve fototermal özelliklerinin belirlenmesi
TAYYAR ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
BiyokimyaSivas Cumhuriyet ÜniversitesiNanoteknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FAZLI SÖZMEN