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
- Kinetics of free radical bulk polymerization of methyl methacrylate
Başlık çevirisi yok
EMİNE ELİF HAMURCU GÜREL
- Uydu verileri ile İstanbul Boğazı ve Haliç'de su kirliliğinin makro düzeyde belirlenmesi
Intrepretation at macro level as pollution of water resources of remotely sensed data of Bosphorus and golden horn estuary by an unsupervised and supervised classification method
H.GONCA COŞKUN
- Preparation and characterization of silicon thin films
Silisyum ince filmlerinin hazırlanması ve karakterizasyonu
İSMAİL ATILGAN
- Mikroişlenmiş ivme ölçer üretimi ve optimizasyonu
Fabrication and optimization of micro machined accelerometers
MEHMET MURAT OKYAR
- Uydu verilerinden harita kapsamında görüntü üretmenin geometrik doğruluğu
The Geometric accuracy of producing a map scene from satellite image data
CENGİZHAN İPBÜKER
