Polilaktik asit tabanlı iletken filament kullanılarak 3b baskılı elektrotların geliştirilmesi ve nitro-polisiklik aromatik hidrokarbonların amperometrik tayininde uygulanması
Development of 3D-printed electrodes using polylactic acid-basedconductive filament and their application in amperometric determination of nitro-policyclic aromatic hydrocarbons
- Tez No: 996951
- Danışmanlar: PROF. DR. MÜŞERREF ÖNAL, DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜLBİN KURTAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Elektrokimyasal sensörler, Electrochemical sensors
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ankara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Nitroaromatik kirleticiler, endokrin bozucu özellikleri nedeniyle çevresel kirleticiler arasında kritik öneme sahip, kalıcı ve toksik bileşiklerdir. Bu tür kirleticilerin güvenilir, hızlı ve ekonomik biçimde tayini çevre ve halk sağlığı açısından büyük önem taşımakla birlikte, yaygın olarak kullanılan geleneksel yöntemler (HPLC, GC-MS vb.) yüksek maliyet, uzun analiz süresi ve sınırlı saha uygulanabilirliği gibi dezavantajlara sahiptir. Bu tez çalışmasında, elektrokimyasal tayin yaklaşım- ları üç boyutlu (3B) baskı teknolojileri ve lazer indüklenmiş grafen (LIG) sentezi ile bütünleştirilerek yenilikçi, düşük maliyetli ve ölçeklenebilir bir sensör platformu geliştirilmiştir. Bu kapsamda, 3B baskı yöntemiyle üretilmiş polilaktik asit (PLA) tabanlı altlıklar poliimid (Kapton®) bant ile kaplanmış ve kontrollü diyot lazer uygulamasıyla yüzeyde doğrudan LIG tabakaları elde edilmiştir. LIG oluşumu; lazer gücü, tarama hızı, hat aralığı ve odak uzaklığı gibi parametreler açısından optimize edilmiş; optimum koşullarda (2,2W lazer gücü, 4000 mm/dk tarama hızı, 0,075 mm hat aralığı ve –0,4 mm odak uzaklığı) yüzey dirençlerinin 70–100 Ω mertebesine düştüğü belirlenmiştir. Optimum LIG elektrotların elektroaktif özellikleri dönüşümlü voltametri ile incelenmiş; 5 mM K3[Fe(CN)6 ]/K4[Fe(CN)6] redoks sistemi kullanılarak gerçekleştirilen ölçümlerde, redoks sürecinin baskın olarak difüzyon kontrollü ve korelasyon katsayılarının 0,99'un üzerinde olduğu saptanmıştır. Geliştirilen LIG elektrotlar, o-, m- ve p-nitrofenol izomerlerinin elektroanalitik tayininde kare dalga voltametri (SWV) ve amperometrik yöntemlerle başarıyla uygulanmış; pH 7 ortamında daha simetrik pik profilleri ve daha kararlı sinyaller elde edilmiştir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizleri, optimum lazer parametrelerinde üretilen ve düşük direnç elde edilen LIG elektrotların çok ölçekli, yüksek derecede gözenekli ve üç boyutlu grafitik ağ yapısına sahip olduğunu ortaya koymuştur. Lazer gücünün 11W değerine çıkarılıp yüksek direnç elde edilen LIG elektrotlarda ise gözenek çökmesi, yüzey süreksizlikleri ve kompakt karbon bölgelerinin baskın hâle geldiği gözlenmiş; bu morfolojik bozulmaların yüksek elektriksel direnç ve zayıf elektroanalitik performans ile doğrudan ilişkili olduğu belirlenmiştir. Sonuç olarak, bu çalışma nitrofenol izomerlerinin tayinine yönelik çevre dostu ve yüksek performanslı bir elektrokimyasal sensör platformu sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Nitroaromatic pollutants are persistent and toxic compounds of critical environmental concern due to their endocrine-disrupting properties. Although the reliable, rapid, and cost-effective determination of such contaminants is essential for environmental monitoring and public health protection, commonly employed conventional techniques (e.g., HPLC, GC–MS) suffer from high operational costs, lengthy analysis times, and limited applicability for on-site measurements. In this thesis, a novel, low-cost, and scalable sensing platform was developed by integrating electrochemical detection strategies with three-dimensional (3D) printing technologies and laser-induced graphene (LIG) synthesis. In this approach, 3D-printed polylactic acid (PLA) substrates were coated with polyimide (Kapton®) tape, followed by controlled diode-laser irradiation to directly generate LIG layers on the surface. The LIG fabrication process was systematically optimized with respect to laser power, scan speed, hatch spacing, and focal offset. Under optimal conditions (2.2W laser power, 4000 mm/min scan speed, 0.075 mm interval, and −0.4 mm Z-offset), surface resistances decreased to the order of 70–100 Ω, indicating high structural continuity and electrical conductivity. The electroactive properties of the optimized LIG electrodes were investigated using cyclic voltammetry. Measurements performed with a 5 mM K3 [Fe(CN)6]/K4 [Fe(CN)6 ] redox couple in 0.1M KCl revealed a predominantly diffusion-controlled electron-transfer process, with correlation coefficients exceeding 0.99. The developed LIG electrodes were successfully applied to the elect- roanalytical determination of o-, m-, and p-nitrophenol isomers using square-wave voltammetry (SWV) and amperometric techniques, yielding more symmetric peak profiles and enhanced signal stability at pH 7. Scanning electron microscopy (SEM) analyses demonstrated that low-resistance LIG electrodes produced under optimal laser parameters exhibit a multiscale, highly porous, three- dimensional graphitic network. In contrast, LIG electrodes fabricated at higher laser power (11W), which exhibited elevated electrical resistance, showed pronounced pore collapse, surface discon- tinuities, and compact carbon domains. These morphological degradations were found to be di- rectly correlated with increased electrical resistance and inferior electroanalytical performance. Overall, this study presents an environmentally friendly and high-performance electrochemical sensing platform for the determination of nitrophenol isomers, offering a significant contribution to the development of sustainable analytical technologies.
Benzer Tezler
- Esnek direnç sıcaklık dedektörlerin üretimi ve deneysel çalışmaları
Fabrication and experimental studies of flexible resistance temperature detectors
DİLAY ÖZKİŞİ ZİNCİRKIRAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Mekatronik MühendisliğiMuş Alparslan ÜniversitesiDedektör ve Sensör Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN ÜLKİR
- MEMS sensor platform for vital monitoring under mri and intraocular pressure measurement
Yaşamsal işaretlerin ve göz içi basıncın ölçülmesine yönelik MEMS basınç ölçer platformunun geliştirilmesi
PARVIZ ZOLFAGHARI
Doktora
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ONUR FERHANOĞLU
- Development of a DRİE-based stencil mask for metal patterning on transient substrates
Geçici yüzeylerde metal desenlendirme için DRIE tabanlı bir şablon maskesinin geliştirilmesi
SEYED MOHAMMADJAVAD BATHAEI
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Mühendislik BilimleriKoç ÜniversitesiBiyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SERAP AKSU RAMAZANOĞLU
- Development of sustainable nanocomposites withcarbon-based hybrid nano-additives
Karbon tabanlı hibrit nano-katkılarla sürdürülebilirnanokompozitlerin geliştirilmesi
SENA ÇAYLAK
Doktora
İngilizce
2025
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT TRABZON
- Manufacturing and characterization of peptide coated Polylactic acid based composites for various medical applications
Çeşitli medikal uygulamalara yönelik peptit kaplı polilaktik asit tabanlı kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
METEHAN ATAGÜR
Doktora
İngilizce
2022
Polimer Bilim ve Teknolojisiİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ÖZGÜR SEYDİBEYOĞLU