Demir sülfür ve çinko sülfür katkılı iletken polimer kompozitlerin termoelektrik özelliklerinin araştırılması
Investigation of thermoelectric properties of iron sulfide and zinc sulfide-filled conductive polymer composites
- Tez No: 999396
- Danışmanlar: DOÇ. DR. VOLKAN UĞRAŞKAN, DOÇ. DR. BİROL IŞIK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Kompozitler, Metal sülfür, Polipirol, Termoelektrik, İletken polimerler, Composites, Metal sulfur, Polypyrrole, Thermoelectric, Conducting polymers
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Fizikokimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Termoelektrik (TE) sistemler, ısıyı doğrudan elektrik enerjisine çevirme yetenekleri sayesinde, katı hal enerji dönüştürücüleri arasında oldukça umut verici bir grup olarak değerlendirilmektedir. Polimer esaslı TE malzemeler; doğal olarak düşük ısı iletkenlikleri, özelleştirilebilir moleküler yapıları, mekanik esneklikleri, çevresel dayanıklılıkları ve düşük toksisiteleri ile geleneksel inorganik esaslı TE malzemelerden önemli ölçüde farklıdır. Polianilin (PANI), polipirol (PPy) ve poli(3,4-etilendioksitiyofen) (PEDOT) vb. iletken polimerler, organik TE malzemeler olarak en çok araştırılan malzemeler arasında yer almaktadır. Bu polimerler arasında, PPy; üst düzey kimyasal ve termal stabilitesi, uygun maliyeti, kolay üretim süreci ve görece yüksek Seebeck katsayısı ile TE uygulamalar için avantaj sağlamaktadır. Ancak, organik sistemlerdeki elektriksel iletkenlik ile Seebeck katsayısı arasındaki ters orantılı ilişki ve saf PPy'nin ortalama düzeyde elektriksel iletkenliği, PPy' nin TE performansı üzerinde sınırlayıcı etkiler yaratmaktadır. Bu sınırlamaların üstesinden gelmek için kimyasal doping ve organik-inorganik hibrit kompozitlerin geliştirilmesi, iletken polimerlerin elektronik yapısını değiştirmek ve yük taşıyıcılarının iletimini artırmak için uygulanan iki yöntemdir. Bu tez çalışmasında, demir sülfür (FeS) ve çinko sülfür (ZnS) katkılandırmasının PPy' nin TE özellikleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Metal sülfürler; dünya üzerindeki bol kaynakları, düşük toksisiteleri ve iyi elektriksel iletkenlik ile termal iletkenlik özellikleri nedeniyle inorganik dolgu maddeleri olarak tercih edilmiştir. Polimer matrisinin TE performansı üzerindeki metal sülfür eklemesinin etkisini değerlendirmek için, değişik katkı içeriklerine (ağırlıkça %1, %3, %5, %7 ve %10) sahip PPy/FeS ve PPy/ZnS kompozitleri hazırlanmıştır. Elde edilen sonuçlar değerlendirildiğinde FeS ve ZnS ilavesinin, saf PPy'ye kıyasla TE performansta belirgin bir iyileşmeye yol açtığı gözlenmiştir. Saf PPy'nin güç faktörü değeri 0,4 μW/mK² olarak elde edilmiştir. FeS katkılandırması ile güç faktörü 120,6 μW/mK² değerine ulaşırken, ZnS ile katkılandırılmış kompozitlerde en yüksek güç faktörü değeri 167,7 μW/mK² olarak elde edilmiştir. Sonuç olarak, FeS ve ZnS ile katkılandırılmış PPy hibrit kompozitlerin, atık ısı geri kazanımı ve oda sıcaklığında çalışabilen, düşük maliyetli ve ayarlanabilir TE malzemeler olarak potansiyel gösterdikleri belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Thermoelectric (TE) systems are considered a highly promising group among solid-state energy converters due to their ability to convert heat directly into electrical energy. Polymer-based thermoelectric materials differ significantly from traditional inorganic-based TE materials in their inherently low thermal conductivity, customizable molecular structures, mechanical flexibility, environmental resistance, and low toxicity. Conductive polymers such as polyaniline (PANI), polypyrrole (PPy), and poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) are among the most researched organic TE materials. Among these polymers, PPy offers advantages for thermoelectric applications due to its high chemical and thermal stability, cost-effectiveness, easy production process, and relatively high Seebeck coefficient. However, the inverse relationship between electrical conductivity and the Seebeck coefficient in organic systems, and the average electrical conductivity of pure PPy, create limiting effects on PPy's TE performance. To overcome these limitations, chemical doping and the development of organic-inorganic hybrid composites are two methods applied to modify the xv electronic structure of conductive polymers and enhance the conduction of charge carriers. In this thesis study, the effect of iron sulfide (FeS) and zinc sulfide (ZnS) doping on the TE properties of PPy was investigated. Metal sulfides are preferred as inorganic fillers due to their abundant resources worldwide, low toxicity, and good electrical and thermal conductivity properties. To evaluate the effect of metal sulfide addition on the TE performance of the polymer matrix, PPy/FeS and PPy/ZnS composites with different dopant contents (1%, 3%, 5%, 7%, and 10% by weight) were prepared. When the obtained results were evaluated, it was observed that the addition of FeS and ZnS led to a significant improvement in TE performance compared to pure PPy. The power factor value of pure PPy was obtained as 0.4 μW/mK². While the power factor reached 120.6 μW/mK² with FeS addition, the highest power factor value of 167.7 μW/mK² was obtained in the ZnS-filled composites. In conclusion, it has been determined that PPy hybrid composites doped with FeS and ZnS show potential as low-cost and tunable TE materials that can be used for waste heat recovery and at room temperature.
Benzer Tezler
- Tekstil atıksularındaki boyar maddelerin fotokatalitik oksidasyon ile giderimi için zno bazlı katalizörlerin geliştirilmesi
Development of zno based catalysts for photocatalytic degradation of dyes in textile wastewater
BEYZA DEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELEK TÜTER
PROF. DR. ŞEYMA AYDINOĞLU
- 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
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ
PROF. DR. YÜCEL ŞAHİN
- Yumurta kabuğu ilavesiyle geliştirilen puding üretimi
Production pudding formulated with eggshell supplementation
YAĞMUR ELİF GÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Gastronomi ve Mutfak Sanatlarıİstanbul Gelişim ÜniversitesiGastronomi Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NEVRUZ BERNA TATLISU
- Toplu sülfür konsantresinden hidrometalurjik yöntemlerle bakır ve çinko kazanımı
Hydrometallurgical recovery of copper and zinc from bulk sulfide concentrate
HAVVA MİNE TOPRAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiCevher Hazırlama Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HÜSEYİN BAŞTÜRKCÜ
- Türkiye maden sularının fiziksel ve kimyasal bileşimi ile amonyak, nitrit, nitrat ve hidrojen sülfür derişimi üzerine etki eden faktörlerin araştırılması
Determination of the physical and chemical composition and estimating of the factors which effect the composition of ammonia, nitrite, nitrate and hydrogen sulphide
MEHMET ENGİN TÜREMEN
Doktora
Türkçe
1999
Gıda MühendisliğiEge ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ ÜREN