FBE- Nano Bilim ve Nano Mühendislik
Bu topluluk için Kalıcı Uri
Nano Bilim ve Nano Mühendislik Ana Bilim Dalı altında bir lisansüstü programı olup, yüksek lisans ve doktora düzeyinde eğitim vermektedir.
Gözat
Çıkarma tarihi ile FBE- Nano Bilim ve Nano Mühendislik'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgePeptit İle Fonksiyonlandırılmış Nanoparçacıkların Langmuir Blodgett Yöntemi İle Silika Tabanlı Yüzey Üzerine Kaplanması Ve Karakterizasyonu(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012-07-31) Mustafaoğlu, Nur ; Ürgen, Mustafa ; 439345 ; Nanobilim ve Nanomühendislik ; Nanoscience and NanoengineeringDoğada gözlemlenen birçok yapı hem organik hem de inorganik malzemelerden oluşmuştur. Bu malzemeler makro ve mikro boyutlarda olabiliceği gibi büyük çoğunluğu nano boyutlardadır ve üretimleri nano boyutlarda gerçekleşir. Günümüzde doğanın bu müthiş üretim mekanizmanı taklit ederek yeni malzemeler tasarlamaya ve üretmeye dayalı araştırmalar hız kazanmıştır. Bu hızlı ilerlemede nano bilim ve nano teknolojinin de katkıları büyüktür. Nano bilim, 1-100 nm arasındaki malzeme ve sistemleri inceleyen bilim dalıdır. Doğada bulunan birçok yapı ve doğada gerçekleşen birçok olay nano boyutlarda olduğu için bu bilim alanındaki gelişmeler biyoteknoloji alanındaki gelişmeleri doğrudan etkilemektedir. Nano bilim ve biyoteknoloji alanlanlarının kesiştiği yeni bilim alanına nanobiyoteknoloji adı verilmektedir. Doğanın organik ve inorganik yapıları büyük bir uyum içerisinde sergilediği birçok örnek sayılabilir. İnsan vücudu bunlardan en önemlisidir. Bunların yanısıra doğada organik ve inorganik malzemelerin düzenli bir hibrit yapı oluşturduğu örnekler de mevcuttur. Diş minesi, deniz kabukları, ipek ve manyetik bakteriler bunlara örnek gösterilebilir. Bu yapıların üretiminde doğa hiçbir kimyasal malzeme, yüksek sıcaklık ve pH değerlerine gereksinim duymaz. Bu hibrit yapılı malzemelerin üretiminde moleküler tanıma ve kendiliğinden montaj (self-assembly) mekanizmaları rol oynar. Moleküler tanıma, iki ya da daha fazla molekülün geometrik ve fizikokimyasal özelliklerine dayanarak birleşmesi olarak tanımlanabilir. Bu mekanizma, sıvı bir ortamda birleşen moleküller arasında Van der Waals, elektrostatik etkileşimler ve hidrojen bağları gibi özel bir etkileşim gerçekleşmesi ile olur. Kendiliğinden montaj yönteminde ise dışarıdan herhangi bir müdahaleye gerek kalmadan, moleküllerin kendi kendilerine düzenlenmelerine dayanır. Kendiğinden montaj yöntemi doğanın çok fonksiyonlu malzemeler ve sistemler oluşturmakta sıklıkla uyguladığı bir yöntemdir. Bakterin koloni oluşturmasından, galaksilerin oluşmasına kadar kendiliğinden montaj yönteminin etkin olduğu görülür. Doğanın kullandığı kendiğinden montaj ve moleküler tanıma gibi yöntemlerin protein ve peptitlerin yardımı ile gerçekleşmektedir. Proteinlerin sert dokuların oluşmasında iki önemli görevleri vardır. Bunlardan ilki, mineral kristallerine bağlanarak bunların büyümelerini sağlamak; ikincisi ise, minerallerin bağlanmaları için iskele görevi görmektir. Organik – inorganik hibrit yapıların görevinde rol oynayan bu peptit ve proteinler birçok bilim adamının ilgisini çekmektedir. İnorganik yapıları kendiliğinden ve özel olarak tanıyan peptitlerin ilk eldesi, özel organizmalardan bu peptitlerin moleküler biyoloji yöntemleri ile çıkarılması ile gerçekleştirilmiştir. Ancak bu yöntemin oldukça zahmetli, zaman alıcı ve elde edilebilecek peptitlerin doğada olanlar ile sınırlı olması gibi çeşitli dezavantajları vardır. Bu sebeple bilim adamları ilgilendilendikleri malzemeye özel olarak bağlabilecek peptitlerin seçmek için faj ve hücre gösterim sistemlerini geliştirmişlerdir. Bu alandaki ilginin artması ile de faj ve hücre gösterim kütüphaneleri oluşturulmuştur. Peptitlerin seçiminden sonra bilgisayara dayalı yöntemlerle yeniden dizaynları mümkün olabilmekte, ve peptitler genetik klonlama ile üretilebildikleri gibi, çoğunlukla Fmoc yöntemi ile sentezlenmektedirler. 7-14 amino asit büyüklüğünde sentezlenebilen bu kısa peptitler belirlenen inorganik yüzeylere fizikokimyasal kovalent olmayan bağlarla özel olarak bağlabilirler. Bu peptitler, genetik olarak modifiye edilmiş inorganiğe bağlanabilen peptitler (Genetically Engineered Inorganic Binding Peptides (GEPI)) olarak isimlendirilir. GEPI’ler doğadan esinlenerek yeni malzeme tasarlama ve üretme alanında yapılan çalışmalara hız kazandırmış ve yeni bir bakış açısı katmıştır. Son on yılda, metaller (Au, Ag, Pt ve Pb), oksitler (ZnO, Al2O3 ve SiO2), yarıiletkenler (GaN, Cu2O, TiO2 ve ITO) gibi birçok farklı inorganik malzemeye ve bunların yanısıra grafit, kalsit, mika ve hidroksiapatit gibi fonksiyonel malzemelere bağlanabilen GEPI’ler sentezlenmiştir. GEPI’lerin malzemeye özel olmaları onları diğer peptit ve proteinlerden ayrı kılmakta ve çok geniş uygulama alanlarında kullanılabilmelerini sağlamaktadır. Farklı uygulamalarda kullanılabilirlikleri arttırmak için GEPI’lerin yüzeye bağlanma mekanizmaları araştırılmaktadır. Literatürde bu amaçla yapılan hem deneysel hemde moleküler dinamik yöntemlerle birçok çalışma mevcuttur. GEPI’ler inorganik yüzeyleri fonksiyonlandırmak, hibrit yapılar üretmek ve nanoparçacıklar sentezlemek için moleküler bağlayıcılar olarak kullanılmaktadırlar. Son yapılan çalışmalarda, iki farklı yüzeye özel olarak bağlanabilen ikili fonksiyonlandırılmış GEPI’ler üretilmiştir. Bu ikili fonksiyona sahip peptitler, altın nanoparçacıkların tek bir aşama ile üretiminde ajan olarak ve düzenli hibrit yapıların elde edilmesinde moleküler bağlayıcı olarak kullanılmaktadır. Birden çok yüzeye tanımlı olarak bağlanabilen peptitler oluşturulan hibrit yapıların stabilitelerinin ve fonksiyonlandırılabilirliklerinin artmasında önemli rol oynamaktadır. Nano boyutlarda yüzeylerin modifiye edilmeleri ve fonksiyonlandırılmaları nano- biyoteknoloji ve nanobilim alanlarında büyük öneme sahiptir. Fonksiyonlandırılmış yüzeyler mikro- ve nano-elektronik, kimya, biyokimya ve biyomedikal endüstrilerinde yeni aletlerin üretiminde kullanılmaktadır.Yüzeylerin fonksiyonlandırılmasında kimyasal ve biyokimyasal moleküller kullanılmaktadır. Tiyol ve silan grupları yüzey fonksiyonladırılması amacıyla en yaygın olarak kullanılan moleküllerdir. Yüzeylerde oluşturulan kimyasal gruplar yüzeylere üzerlerine bağlanan hücre, protein ve DNA gibi moleküllere, sıcaklık, pH ve hidrofobiklik/hidrofiliklik gibi çevresel faktörlere karşı sinyal ve seçicilik özellikleri kazandırırlar. Günümüzde, yüzeylerin modifiye edilmelerinde kendiliğinden monolayer oluşturma (SAM) yöntemi ve litografik metotlar yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Ancak bu yöntemler yüksek fiyatları, kompleks yapıları, çevresel faktörlerden etkilenmeleri ve özel ekipmanlar gerektirmeleri gibi çeşitli dezavantajlara sahiptirler. Bunların yanı sıra bu yöntemlerde kullanılan kimyasalların kompleks ve zararlı olmaları biyolojik çaışmalar için uygun değildir ve biyomedikal uygulama alanlarını kısıtlar niteliktedir. Literatürde yapılan çalışmalarda peptit bağlı nanopartiküllerin yüzeye bağlanmaları kendiliğinden montaj ile olabilmekte, bunun yanı sıra PDMS gibi soft litografi yöntemleri de kullanılarak istenilen array ortamına yerleştirilebilmektedir. Langmuir Blodgett yöntemini kullanılarak organik bileşikler istenilen kalınlıklarda tek veya çok katmanlı olarak katı yüzeylere kaplanabilir. LB yöntemiyle metal nanoparçacıkların da katı yüzeylere kaplanması ile ilgili birçok çalışma mevcuttur.LB metodunda küvet içerisinde doldurulmuş olan sıvı bir madde, genellikle su, moleküllerin hava/su arafazında monolayer oluşturulması için kullanılır. Bu nedenle, katı yüzeye çekilmesi istenen moleküller uçucu bir çözücü içerisinde çözülürler. Su üzerine damlatılan solusyondan uçucu çözücü buharlaşırken içerisinde bulunan moleküllerinde suyun üst kısmına doğru çıkmalarına yardımcı olur. Su üzerinde oluşan tek molekül katmanının düzenlenmesi bariyerler yardımı ile gerçekleştirilir. Hava/su arafazında oluşturulan tek molekül katmanının katı bir yüzeye alınması, bu katı yüzeyin belli bir sabit hızla suya daldırılıp çıkarılması ile gerçekleştirilir. LB filmin yapısı faklı parametrelere bağlıdır, bunların en önemlileri moleküllerin yapısı, yüzeyin hidrofilik/hidrofobik olması, pH ve sıcaklıktır. LB tekniği, zorlu ortam şartları ve ekstra zararlı kimyasallar gerektirmemesi nediyle biyolojik olarak uyumlu yapıların üretilmesi için oldukça uygundur. Bu çalışma kapsamında, altın nanoparçacıkların fonksiyonlanmaları için inorganik yüzeylere bağlanabilen multi-fonksiyonel peptitler kullanılmıştır. Bu multi-fonksiyonel peptitler iki adet genetik olarak modifiye edilmiş inorganiğe bağlanabilen peptitlerin (GEPI) esnek bir bağlayıcı ile birleştirilmesinden oluşmaktadır. Peptit sekansı kombinatriyal peptit faj yöntemi veya hücre görüntüleme kütüphaneleri kullanılarak seçilip Fmoc yöntemi ile CSBio 336s peptit sentezleyici cihaz kullanılarak sentezlenmiştir. Bu çalışmada hem altına hem de kuartz’a bağlanma özelliği olan AuBP4-QBP2 peptiti kullanılmıştır. Bu peptidin sekansı RAVRRRSVRREVGGGPWLPPSLPPWPP şeklindedir. AuBP4-QBP2’nin LB yöntemiyle katı yüzeye kaplanabilmesi için su üzerinde monolayer oluşturması gerekmedir. Bu amaçla su, ethanol ve 1:1 ethanol:su çözeltilerinde çözülmüştür. Ethanol uçucu özelliği nedeniyle peptidin suyun üzerinde durmasını sağlayacaktır. Altın nanopartiküllerin peptit ile fonksiyonlandırılmasını sağlamak için oluşturulan peptit solusyonları ile altın kolloidler farklı oranlarda karıştırılmıştır. Bu karışımların spektroskopik analizleri yapılarak, LB film tekniği ile katıyüzeye kaplanması için en uygun oranları içeren solusyonun tayini yapılmıştır. Bu amaçla UV/Vis spektrofotometre ve FT-IR yöntemleri kullanılmıştır. LB film tekniği kullanılarak sadece peptitlerin, sadece altın nanopartiküllerin, peptit ve altın nanopartiküllerin sırayla ve peptit fonksiyonlandırılmış altın naopartiküllerin kuartz yüzey üzerine transferleri gerçekleştirilmiştir. Bu esnada elde edilen isotherm eğrileri ve transfer oranları grafikleri katı yüzey üzerinde elde edilen monolayer film hakkında bilgiler vermektedir. Kaplanmış yüzeylerin mikroskobik incelemeleri AFM ve FEG-SEM yöntemleri ile yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar göstermiştir ki, ikili fonksiyona sahip olan peptitler altın nanoparçacıklara bağlanmaktadır ve onları aglomere olmalarına neden olmaktadır. Peptitlerin çözücüleri altın nanoparçacıkların birleşerek çökelmelerinde ve peptitlerin LB film oluşturmasında önemli etkene sahiptir. AFM ve FEG-SEM sonuçlarında, LB film yöntemi ile oluşturulan alt katmanı peptit, üst katmanı altın nanoparçacık olmak üzere oluşturulan iki katmanlı yapıların peptit solusyonundan ve altın nanoparçacıkların boyutlarından etkilendikleri görülmüştür.
-
ÖgePoly(anthranilic Acid)/polyacrylonitrile Polimerlerinden Nanolif Eldesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012-08-10) Giray, Diğdem ; Saraç, A. Sezai ; 436908 ; Nanobilim ve Nanomühendislik ; Nanoscience and NanoengineeringBu çalışma üç ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde, homojen bir çözelti elde etmek amacıyla Poli(anthranilik asit) ve Poliakrilonitril polimerleri dimetilformamid (DMF) çözeltisi içerisinde hazırlanmıştır. Çözeltiler hazırlanırken Poliakrilonitril ve dimetilformamid miktarları sabit bırakılmış, Poly(anthranilik asit) miktarı değiştirilmiştir. Sonuçları kıyaslayabilmek için içerisinde hiç PANA bulundurmayan sadece Poliakrilonitril ve DMF içeren çözelti de ayrıca hazırlanmıştır. Elektrospun yöntemiyle nanolifler oluşturmak için, elde edilen [Poli(antranilik asit)/Poliakrilonitril] çözeltisi ve Poliakrilotril çözeltisi 50 C’de 3 saat boyunca manyetik balık yardımıyla karıştırılmış, yeterli miktarda viskoziteye sahip ve homojen bir karışım elde edilmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde homojen ve yeteri kadar viskoz olan [Poli(antranilik asit)/Poliakrilonitril] ve Poliakrilonitril çözeltilerinden, elektrospun yöntemiyle nanolifler üretilmiştir. Elektrospin ya da elektrospinning olarak adlandırılan teknik, polimer çözeltisinden akıtılan damla üzerine uygulanan yüksek elektrik akımı ile, polimer zincirlerinin uzamasını ve nano-ölçekte elyaflar üretilmesini sağlayan bir yöntemdir. Çözelti, polimer vizkozitesi, elektrik akımı, polimerin dielektrik dayanımı gibi birçok fiziksel değere bağlı olarak düzgün, hatta yönlendirilmiş elyaf üretimi elde edilebilir. Kullanılan elektrospun cihazı 5.5 uL/h’den 400 mL/h’ye değişen besleme hızına sahip bir şırınga pompası, 50 kV a ulaşabilen yüksek voltajlı (direk akım) güç kaynağı ve metal toplayıcıdan oluşmaktadır. Bu çalışmada polimer besleme hızı 1 uL/h’dir. Güç kaynağı 15 kV olarak belirlenmiş, şırınga ucundan toplayıcıya kadar olan mesafe ise 15 cm olarak ayarlanmıştır. İçerisinde PANA bulunmayan çözeltiden elde dilen nanoliflerin çapları 113±23 nm iken, [Poli(antranilik asit)/Poliakrilonitril] çözelitisinden elde edilen nanoliflerin çapları 94±16 nm olarak kaydedilmiştir. Son bölümde ise elde edilen [PANA/PAN] elektrospun nanolifleri karakterize edilmeye çalışılmıştır. Oluşan nanolifler morfolojik olarak SEM ile analiz edilmiş ve yapısal olarak FTIR-ATR, ve UV-Vis spektrofotometrik analizlerinde kullanılmıştır. Içerisinde PANA bulunmayan nanoliflerin FTIR ve UV-Vis spektrofotometrik sonuçlarına kıyasla, Poly(antranilik asit) içeren çözeltilerden elde edilen naoliflerin analizlerinde yeni bağların oluştuğu gözlenmiştir. Ayrıca PANA miktarına bağlı olarak değişiklikler incelenmiştir. Elektrokimyasal analizler için ITO-PET üzerine farklı miktarlarda PANA içeren çözeltilerden yine elektropun yöntemiyle nanolifler kaplanmış ve döngülü voltametre ile farklı tarama hızlarında akım değerleri okunmuştur. Elektrokimyasal empedans spektroskopisinden elde edilen sonuçlara göre devre modellemesi yapılmıştır. Yapılan deneysel çalışmada PAN miktarı 0,5 g olarak ayarlanmış ve her çözelti için miktarı sabit tutulmuştur. Aynı şekilde DMF miktarı 10 mL olarak belirlenmiş ve sbait tutulmuştur. Hazırlanan çözeltilerde değiştirilen tek şey Poli(anthranilik asit)’in miktarı olmuştur. İçerisinde hiç Poli(antranilik asit) bulundurmayan çözelti PO, 0,005 g PANA bulunan çözeltiye P10, 0,075 g PANA bulunan çözeltiye P15 ve son olarak içerisinde 0,100 g bulunan çözeltiye P20 kodları kullanışmıştır. Hazırlanan tüm çözeltiler 50 C’de 3 saat boyunca manyetik balık yardımıyla karıştırılmış, yeterli miktarda viskoziteye sahip ve homojen bir karışım elde edilmiştir. Elde edilen fiberler morfolojik taramalı elektron mikroskobunda incelenmiştir. Spektroskopik inceleme için FTIR-ATR ve UV-Vis Spektroskopi cihazları kullanılmıştır. UV-Vis sonuçlarına göre spektrumda Poli(anthranilik asit)’e ait olan 340-380 nm arasında benzen halkalarına π-π* transizyon oluşumu gözlenmiştir. Görünür bölgede ise yine Poli(antranilik asit)’e ait olan 480-650 nm arasında poloron bağları görülmüştür. Bu piklerin oluşumu Poli(antranilik asit)’in yapıya girdiğini kanıtlamaktadır. Pikler arasında oluşan hipokromik kayma yapıdaki PANA miktarı arttıkça azalmaktadır. Hipokromik kayma, PANA’nın yapısında bulunan karboksilik grupların sterik etkisini ve buna bağlı olarak zincirler arasında yük transfer sağlanmasını ve iletkenliğin azalmasını göstermektedir. Bu çalışmada PANA miktarı arttıkça hipokromik etki azalmakta dolayısıyla iletkenliğin artmaktadır. FTIR-ATR sonuçlarına göre, Poli(antranilik asit)’e ait karakterstik pikler görülmektedir. Bu pikler 1693 cm-1’de C=O, 1579 ve 1518 cm-1’de C=C, 3230 cm-1’de karboksilik asit OH gerilme bağlarıdır. Elektrokimyasal ölçümler için döngülü voltametre kullnışmıştır ve Poli(antranilik asit)’in ailesi olan Polianilin’e ait pikler görülmüştür. 0,2 Voltta lökoemeraldin/emeraldin ve 0,7 Voltta emeraldin/pernigranilin pikleri görülmüştür. Bu pikler de yine PANA’ya ait olan karboksilik asit gruplarından kaynaklanmaktadır. Elektrokimyasal empedans ölçümleri yapılmış, ölçülen ve hesaplanan değerler birbiriyle çok iyi fit etmiştir. Uygun devre modellemesi (R(Q(R(CR))) olarak seçilmiştir. Elektrokimyasal olarak yapılan ölçümlerde kullanılanhücrede çalışma elektrotu olarak elde edilen nanofiber kullanılmıştır. Referans elektrot olarak gümüş elektrot, karşıt elektrot olarak ise platin tel kullanılmıştır. Çalışma elektrodu olarak kullanılan nanofiber hücre içerisnde bulunan 5 mL Son olarak Broadband Diliektrik Spektrometresinde elde edilen nanoliflerin elektrik iletkenliklerinin ölçümü yapılmıştır. Çıkan sonuçlar elektrokimyasal yöntemle elde edilen iletkenlikle kıyaslanmış, benzer zonuçlar çıktığı gözrülmüştür.
-
ÖgeNanoporoz Anodik Alüminanın Alüminyum Yüzeyinden Ayırılması(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012-09-11) Durmuşoğlu, Emek Göksu ; Ürgen, Mustafa ; 441478 ; Nanobilim ve Nanomühendislik ; Nanoscience and NanoengineeringNanoteknoloji geçtiğimiz yüzyılın en önemli gelişmelerinden biri kabul edilmektedir. Nanoteknoloji sayesinde insanoğlu yeni mühendislik uygulamaları için çok önemli bir alanı control edebilir hale gelmiştir. Nano kelimesi köken olarak Latinceden gelir ve ‘cüce’ anlamına gelir. Kelimenin tanımından da anlayabileceğimiz üzerine nano teknolojinin alanına maddenin küçük boyutluları girer. Yani nanometre bir ölçü birimidir ve metrenin milyarda biridir. Bir metreyi aklımızda canlandırmak pek sorun olmayacaktır çünkü günlük yaşantımızda uzunluğu genelde metre üzerinden hesaplarız. Ama bir kilometre veya bir milimetre biraz daha zor olacaktır ve metrenin milyarda biri kolay kolay aklımızda canladırabileceğimiz bir şey olmayacaktır. Bu nedenle bu noktada bilimsel bir yöntem olarak karşılaştırma daha uygun olacaktır. Bir nanometre (nm) genelde yaklaşık 10 atomun uzunluğudur (1 atom 1-4 angstrom çapındadır), DNA 2 nm, virüsler 100 nm, bakteriler 1000nm (1 mikrometre), kan hücreleri 2-5 mikrometre, saç telinin çapı 100 mikrometre, iğnenin başı ise 1 mm’dir. Nanoteknolojinin özel olmasının yani 1-100 nm arasındaki boyutun özel bir anlam içermesinin sebebi malzemelerin bu boyut arasında olağandışı özelliklerinin vuku bulmasıdır. Nano boyutta birçok malzeme normalden farklı davranışlar gösteriyor. Daha sağlam olabiliyorlar veya daha fazla iletken olabiliyorlar; opak maddeler transparan, katılar oda sıcaklığında sıvı olabiliyor veya yalıtkanlar iletken hale gelebiliyorlar. Bu genellikle maddenin küçülen boyutuyla birlikte büyüyen yüzey-hacim oranından kaynaklanıyor. Nano boyutta malzemelerin niteliksel olarak gösterdikleri farklılar için altın önemli bir örnektir. Altının bir külçe altınla, bir gram ve nokta kadar bir altın aynı kimyasal ve yaklaşık fiziksel özellikleri gösterir; yani parlak sarı renklidir, elektriği ve ısıyı iyi iletir vs. Ama altını daha küçültüp nanometre düzeyine getirdiğimizde olağanüstü bir durum ortaya çıkıyor ve altın mavi, pembe veya diğer renklerde olabiliyor ve bunula birlikte diğer tüm özellikleri de boyutuyla beraber değişmeye başlıyor. Nanoteknoloji ilgi alanı olan maddenin yaklaşık 100 nm’den daha küçük boyutları genel olarak maddenin niteliğinin değişmeye başladığı boyut olarak kabul edilir ve biz bu alana (0.1-100 nm) maddenin kuantum özelliklerinin açığa çıktığı alan diyoruz. Nano teknolojinin uğraşlarından biri maddenin kuantum özelliklerinin ortaya çıktığı 1-100 nm aralığında araştırmalar yapmaktır. Tabii araştırmakla kalması hayatlarımızda pek bir şeyi değiştirmezdi, nano teknoloji bununla beraber bu boyutlardaki maddeyi kontrol ve manipüle edebilmemizi ve bu boyutlarda ortaya çıkan olağandışı özellikleri proseslere uygulayabilmemizi sağlar. Atomsal düzeydeki malzemelerin amaca yönelik yapılandırılmalarında ve bu kadar küçük boyuttaki özel görüngülerden yararlanma birçok alanda yeni imkânların doğmasına yol açmıştır. Bu alanlardan bazıları şunlardır: Enerji, çevre tekniği, IT- Branşı, Tıp, Eczacılık vs. Atomsal düzeyde kimya, biyoloji ve fizik arasında sınır yoktur. Nanobilim yeni malzemeler üretmenin yanında, yeni malzemeler üretebilmek için gerekli olan uygulamaları üretebilmemizi de sağlıyor. Nanomalzemeler konusunda elde edilen son gelişmelerle birlikte poroz nanoyapıları hem bilimsel hem teknolojik araştırmalar için ilginç bir malzeme sınıfı haline getirdi. Nanoporoz yapılar, girintili çıkıntılı yapıları, aşırı derece büyük yüzey-hacim oranları, küçük boyutları ve içeriklerin karşılıklı etkileşimi nedeniyle, çoğunlukla bulk yapılara göre yeni ve gelişkin özellikler gösterirler. Nanoyapılı malzemelerin hem üretimi hem de pazarlaması için prosesler ticari olarak bulunmaktadır. Alüminyumun nanoporoz formda anodik oksidasyonu (anodizasyon) nanoboyutlu kalıpların üretilmesinde en yaygın olarak kullanılan yöntemlerden biridir. Anodizsyon, alüminyum, niyobyum, tantalyum, titanyum, tungsten, zirconyum gibi belli metallerin üzerinde oksit tabakası büyütmek amacıyla kullanılan elektro-kimyasal bir yöntemdir. Anodizasyon prosesinin belli koşullarında –genellikle asidik çözeltilerde-, bu oksit tabakasını kendiliğinden düzenlenen poroz yapı olarak elde etmek mümkündür. Bu tezde bu poroz yapının morfolojik özellikleri üzerinde çalışılmıştır. Alüminyumun poroz anodize yapısı kendiliğinden düzenlenebilir altıgenler şeklinde dizilirler. İki adım anodizasyon işlemi ile elde edilen anodik alümina yapısal olarak çok düzgün bir dizilime sahiptir. Anodize yapılar por çapı, porlar arası mesafe, duvar kalınlığı ve membran kalınlığı gibi anodizasyon koşullarına ve birbirlerine göre değişen birçok yapısal özelliğe sahiptirler. Bu özelliklere etki eden parametleri anodizasyon potansiyeli, süresi, sıcaklığı, karıştırma, kullanılan çözelti olarak sayabilirz. Bu çalışmada bu parametrelerin morfolojik yapıya etkileri incelenmiştir. Düşük maliyeti ve kolay üretimleri nedeniyle, nanoporoz anodik alümina gibi nanoporoz membranlar çok yüksek en-boy oranlı yapıların üretimi için yaygın olarak kullanılırlar. NPAA’larda pore çapı ile membranın kalınlığı arasındaki oran çok yüksek olabilir. Bu özellik nedeniyle NPAA, nanoteller ve nanoçubuklar gibi yapıların üretimi için çok uygundur. Bugünlerde, NPAA membranlar birkaç şirket tarafından araştırma ve endüstriyel uygulamalar için ticari olarak üretiliyorlar. Okside yapıyı alüminyum üzerinde büyütmek kolay bir yöntemken NPAA membranları alüminyum üzerinden ayırma işlemi bu konuda çalışma yapan bir çok bilim grubu uzun surely olarak meşgul etmiş bir problemdir. Bugün, NPAA membranları ayırma işleminde kullanılan iki tane yöntem vardır; 1. Anodizasyon prosesi ardından kimyasal olarak selektif çözme ile alüminyum metalini elde etme. 2. Bariyer tabakasını hızlıca çözerek geriye metalik alüminyumu bırakan elektokimyasal ayırma prosesi. Selektif çözmeye dayanan kimyasal çok iyi bilinen bir yöntem olmasına rağmen proses için gerekli kimyasalların yüksek toksik olmasu prosesi uygulmam için zorlaştıran bir etken.Elektrokimyasal ayırma yöntemi, kimyasal çözme prosesine göre daha çevre dostu bir alternatiftir ve ayrıca kimyasal çözmede olduğu gibi kalan alüminyumun çözülmesini gerektirmez. Bunun yanında elektrokimyasal ayırma yöntemi çok daha hızlı ve basit bir yöntemdir. Bu nedenle bu tezde elektrokimyasak ayırma yöteminin özellikleri incelenecektir. Biraz once verilen avantajlara rağmen anodik oksidasyonun parametrelerinin ayrılan film üzerindeki etkisi sistematik olarak henüz incelenmemiştir. Bu çalışmanın hedefi elektrokimyasal çözme işlemindeki parametrik ilişkilerin incelenmesidir. Bu çalışma kendiliğinden düzenlenen nanoporoz alüminyum oksit membranların elde edilmesi ve daha sonra membranın perklorik-ethanol karışımı kullanılarak alüminyum yüzeyinden ayırılmasına dayanıyor. Ayrılma filminin karakteri üzerindeki anodik oksit yapının rolü, değişik anodizasyon voltajı, karıştırma hızı ve zamanı kullanılarak ölçülmüştür. Bu çalışmanın sonuçları anodik oksit yapının karakterinin bariyer katmanın morfolojisini etkilediğini ve bununda kaçınılmaz olarak ayrılan filmin yapısını değiştirdiğini göstermiştir.
-
ÖgeElekto Çekim Yöntemi İle Biyouyumlu Polimerlerden Nanolif Üretimi Ve Streptavidin İmmobilizasyonu(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012-12-25) Polat, Ece ; Saraç, A. Sezai ; 435643 ; Nanobilim ve Nanomühendislik ; Nanoscience and NanoengineeringGünümüzde, nanolifler sahip oldukları yüksek yüzey alanı hacim oranına bağlı olarak birçok biyomedikal uygulamada tercih edilmektedir. Poli (antranilik asit) sahip olduğu karboksil grubu nedeniyle protein immobilizasyon çalışmalarında kullanılabilecek polianilin türevi bir polimerdir. Biyouyumlu polimerler ise toksik olmamaları ve kolay degrede olabilmeleri gibi özelliklere sahipken, yapılarında fonksiyonel grupları olmamalı nedeniyle protein immobilizasyon çalışmalarında ve hücre tutunma çalışmalarında kullanımı sınırlıdır. Bu çalışmada, öncelikle poli (antranilik asit) ile biyouyumlu polimerler olan polivinilpirolidon ve polikaprolakton karışımları gerçekleştirilerek gelecekte kullanım amaçları için fonksiyonel yüzeye sahip polimerler elde edilmiştir. Bu polimerlerden nanolif üretebilmek için elektro çekim yöntemi kullanılmıştır. Ayrıca, kondüktometre ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi kullanılarak elektro çekim çözeltileri ve üretilen nanoliflerin iletkenlikleri tayin edilmiştir. Sonrasında, streptavidin proteini en hidrofobik özelliğe sahip nanolifler üzerine immobilize edilmiştir. Sonuçlara göre üretilen bu nanoliflerin gelecekte birçok biyolojik amaçlı uygulamalarda kullanılabileceği anlaşılmıştır.
-
ÖgeSelüloz Nanowhisker İle Güçlendirilmiş Elastomerik Nano Liflerin Elektroeğirme Yöntemi İle Üretilmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-02-05) Ayaz, Onur ; Uçar, Nuray ; 459492 ; Nanobilim ve Nanomühendislik ; Nanoscience and NanoengineeringBu çalışmada, 3 farklı elastomerik polimerden (SEBS-g-MA, PS-Isoprene ve SBS) elektro eğirme yöntemi ile nanolif üretilmiştir. Elastik polimerler, elastikiyetleri ve yüksek yüzey alanları dolayısıyla yara örtücülük veya filtrasyon gibi alanlardaki potansiyel kullanım olanakları sebebiyle seçilmiştir. Elektro eğirme işleminde solvent tipi, solvent ve polimer oranı ve eğirme paramterlerinde değişikliklere gidilerek işlem optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Sonraki denemelerde SEBS-g-MA polimer olarak seçilmiş ve yapıya selüloz nanowihsker (CNW) ilavesi yapılmıştır. Elektro eğirme işleminde 2 farklı uç kullanılarak (tek uç ve coaxial) bunun lif morfolojisine, mekanik ve termal özelliklere etkisi incelenmiştir. Nanolif numunelerine ek olarak kompozit film yapıları da üretilerek bu iki farklı formda malzemenin özellikleri karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Son olarak CNW’nin gerek film gerekse de nanolif yapısı üzerindeki etkileri karşılıklı olarak nedenleriyle birlikte irdelenmiştir.
-
ÖgeSiklohekzanon Formaldehit Reçine / Kil Nanokompozitlerinin In Sıtu Hazırlanması(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-02-18) Mermutlu, Mehmet ; Kızılcan, Nilgün ; 459090 ; Nanobilim ve Nanomühendislik ; Nanoscience and NanoengineeringPolimer / kil nanokompozitlerin, klasik kompozitlerdeki katkı oranına (>50%) karşın, çok düşük miktarda tabakalı silikat (1-5%) eklenmesiyle bile, birçok özelliklerinde gelişmişlik gözlenir. Ticari reçineler; genellikle katı, düşük molekül ağırlıklı ve kolay işlenebilir malzemelerdir. Genellkile selüloz nitrat ve alkid reçineler ile karıştırılarak yüzey kaplama uygulamalarında kullanılırlar. Bu reçinelerin en çok yüzey kaplama, vernik, mürekkep, tekstil ve kağıt endüstrisinde katkı maddesi olarak kullanılırlar. Önceki çalışmalar, ketonik reçinelerin, tek aşamalı in situ modifikasyon ile, polidimetilsiloksanlarla kopolimer oluşturabileceğini göstermektedir. Bu çalışmada, in situ modifikasyon ile elde edilen siklohekzanon formaldehit reçine örnekleri ve bunların nanokompozitleri MMT kilinin (katyon değiştirme kapasitesi 80 meq / 100 g olan, ortalama tanecik boyutu 10 μm ve yoğunluğu 2,6 g cm3 olan montmorillonite) ve amin sonlu polidimetilsiloksanın (bis(3-adminopropyl) in situ reaksiyon ortamına bazik ortamda direk eklenmesi ile elde edildi.Kütlece %0.5 ten %3’ e kadar değişik kil oranları denendi. Bu yöntemle PDMS modifiyeli polymer / kil nanokompozitleri bir aşamada sentezlenmiş oldu. Elde edilen örneklerin karekterizasyonu, fourier dönüşümlü infrared spektroskopi (FTIR-ATR), nükleer manyetik rezonans spektroskopisi (NMR), kademeli tarayıcılı kalorimetri (DSC), termal gravimetrik analiz (TGA), X ışınları kırınımı (XRD) ve taramalı elektron mikroskopisi (SEM) ile yapıldı. FTIR-ATR sonuçları ile siklohekzanon formaldehit reçinesinin karekterisitk pikleri yanı sıra, PDMS’ in Si-O-Si ve Si-CH3 gerilim pikleri ve kil moleküllerinin Si-O deformasyon pikleri gözlemlendi. 1H-NMR spektroskopi ile reçine kopolimer örneklerindeki metilol köprüleri, N-H ve Si-CH3 pikleri gözlemlendi. Kilin reçine kopolimer örnekleri içerisindeki dağılımı ile meydana gelen termal davranışındaki değişimler DSC ve TGA ile incelendi. Nanokompozitlerdeki camsı geçiş sıcakları (Tg), bozunmanın başlama sıcaklğı ve belirli değerlerdeki kalıntı miktarları belirlendi. Nanokompozitlerdeki kil tabakaları ve tabakaların basal boşluk mesafeleri XRD ile incelendi. Kilin polimerik reçine içerisindeki dağılımı ve örneklerin morfolojileri SEM ile incelendi.
-
ÖgeÇok Duvarlı Karbon Nanotüp Katkılı Polietersülfon (pes) İçi Boşluklu Ultrafiltrasyon Membran Üretimi Ve Karakterizasyonu(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-02-18) Şengür, Reyhan ; Koyuncu, İsmail ; 458591 ; Nanobilim ve Nanomühendislik ; Nanoscience and NanoengineeringSu, bütün dünya üzerinde yaşayan canlılar için en önemli maddedir. Su bu kadar önemliyken yaklaşık 2.7 milyar kişinin hâli hazırda içilebilir su kaynaklarına ulaşamaz durumda olması, bu sayı daha da artmadan bizleri bu duruma çare olabilecek yeni yöntemler bulmaya itmektedir. Son yıllarda membran teknolojileri, su, atıksu ve proses suyunu arıtmada önemli bir yer almıştır. Membranlarda sıkça karşılaşılan sorunlar kirlenme ve konsantrasyon polarizasyonudur. En iyi özelliklere sahip bir membranda olması gerekenler yüksek bir geçirgenlik değeriyle birlikte yüksek bir giderim veriminin de olması, ayrıca düşük kirliliğe ve ilk yatırım maliyetiyle işletim maliyetinin de düşük olmasıdır. Teknolojideki gelişmeler sayesinde membran kirlenmesiyle başa çıkabilecek yeni teknolojiler ortaya çıkmıştır. Nanoteknoloji sayesinde membranların kullanımını daha geniş bir çerçeveye yaymak mümkün olacaktır. Çünkü nanoparçacık katılarak üretilen membranların saf membranlara göre üstün özellikler sergilediği ve membran performansını da iyileştirdiği gözlemlenmiştir. Bu çalışmada polietersülfon ultrafiltrasyon membranına farklı fonksiyonelliğe sahip çok duvarlı karbon nanotüp eklenip, membranların karakterizasyonu yapılmıştır ve bu nanotüplerin membran kirlenmesi üzerine etkileri incelenmiştir. Bu amaçla kullanılan farklı fonksiyonelliğe sahip çok duvarlı karbon nanotüpler, karboksil ve hidroksil çok duvarlı karbon nanotüpleri olmuştur. İçi boşluklu membranlar faz ayrımı metodu kullanılarak üretilmiştir. En uygun çözelti reçetesini bulana kadar birçok farklı konsantrasyon ve farklı malzemeler katılarak membran üretilmiştir. Bunların sonucunda %20 PES, %5 PVP K30, %2 PVP K90 ve %73 DMF kullanılmasına karar verilmiştir. Daha sonra bu reçete kullanılarak 7 farklı membran dökülmüştür. Döküm çözeltisine % 0.2, %0.4, %0.8 oranında hem karboksil hem de hidroksil çok duvarlı karbon nanotüp eklenmiş ve membranlar üretilmiştir. Her çözelti dökülürken 3 farklı işletim parametresiyle oynanıp 3 farklı membran örneği alınmıştır. Parametrelerdeki değişkenler çekme hızı ve hava boşluğu olmuştur. Membranlar üretildikten sonra 12 saat boyunca suda yıkanmıştır. Üretilen membranların yarısı üretim sonrası prosese tabi tutulmuştur. Bu proseste membranlar 4000ppm lik sodyum hipoklorit çözeltisine konmuş ve 2 gün bekletilmiştir. Sonrasında bütün membranlar %10/90’lık gliserol/su çözeltisine konmuştur. Membran modülleri hazırlanmıştır ve bütün deneyler bu aşamaların sonunda yapılmaya başlanmıştır. Membranların karakterizasyonu için birçok yöntem kullanılmıştır. Çözelti viskozitesi, membran geçirgenliği, temas açısı, su geri kazanımı, toplam kirlilik oranı, BSA giderimi, yüzey fonksiyonelliği, yüzey yükü, mekanik dayanımı gibi özellikleri ölçülüp hesaplanmıştır. Membranın dış yüzeyi, çapı ve yanal yüzeyinin yapısı hakkında bilgi sahibi olmak için taramalı elektron mikroskopu ve stereo mikroskop görüntüleri çekilmiştir. Ayrıca membranların antibakteriyel özellik gösterip göstermediği de kontrol edilmiştir. Sonuçlara göre çözelti vizkozitesi karboksil çok duvarlı karbon nanotüp eklendiğinde sürekli artmıştır. Fakat hidroksilik çok duvarlı karbon nanotüp eklendiğinde vizkozite ilk önce düşmüştür. Karbon nanotüp konsantrasyonu arttıkça bir artış gözlemlenmiştir. Taramalı elektron mikroskopu ve stereo mikroskopla çekilen fotoğraflar sonucunda membranların yuvarlak bir yapıda olduğu gözükmüştür. Yan kesiti incelendiğinde ise membranlarda genel olarak süngerimsi ve parmağımsı yapılar görülmüştür. Çekme hızıyla oynanması, hava boşluğunun değiştirilmesi gibi parametrelerin etkileri membranın dış yüzeyinde, yan kesitinde, ve membranlar çaplarında açıkça gözükmektedir. Üretim sonrası prosesinin membranları ne şekilde etkilediğini görebilmek için hem proses görmüş hem de görmemiş membranların geçirgenlik oranları hesaplanmıştır. Bunun sonucunda prosesten geçen membranların daha yüksek geçirgenlik oranlarına sahip olduğu gözlenmiştir. Karboksil çok duvarlı karbon nanotüp kullanıldığında, geçirgenlik oranı karbon nanotüp yüzdesi arttıkça ilk önce düşmüş, daha sonrasındaysa artmıştır. Fakat hidroksil çok duvarlı karbon nanotüp kullanıldığında, karbon nanotüp yüzdesi artışıyla birlikte geçirgenlik değeri de artmıştır. 8.4m çekme hızı ve 15cm hava boşluğunda daha geçirgen membranlar elde edilmiştir. 0 cm hava boşluğunda ve 4.2m çekme hızında daha düşük geçirgenlik oranı elde edilmiştir. Temas açısı sonuçlarına göre, üretim sonrası prosese tabi tutulan membranlarda, hidrofilik PVPnin membranlardan yıkanması sonucu, temas açısı değerleri artmıştır. Her iki fonksiyonel karbon nanotüpte de nanotüp yüzdesinin artışıyla birlikte temas açılarında genel olarak düzensiz bir değişim olmuştur. Bu noktadan sonra yapılan bütün deneyler üretim sonrası proses gören membranlar üzerinden yapılmıştır. Membranların toplam gözeneklilik değerleri incelendiğinde en yüksek gözeneklilik % 0.4 karboksil çok duvarlı karbon nanotüpte ve 8.4m çekme hızında ve 15cm hava boşluğu kullanıldığında % 69 olarak elde edilmiştir. En düşük gözeneklilik ise % 0.2 hidroksil çok duvarlı karbon nanotüp, 4.2m çekme hızı ve 15cm hava boşluğunda % 12,5 olarak elde edilmiştir. Yüzey yükleri değerlendirilirken farklı pH aralıkları seçilmiştir. Bu aralık pH 3-10’dur. Membran kirlenmesi için yüzey yükü parametresi oldukça önemlidir. BSA proteini pH 6.8-7.0 arasında negatif yüke sahiptir. Üretilen membranlarda bu aralıktaki pH değerleri incelenmiştir ve bu pH değeri arasında negatiflik ne kadar fazlaysa membran kirlenmesinin o kadar düşük, ne kadar azsa membran kirlenmesinin o kadar fazla olduğu görülmüştür. Membranların tekrar kullanılabilirlik özelliklerini gösteren geri kazanım oranları da hesaplanmıştır. Sonuçlara göre karboksil çok duvarlı karbon nanotüp kullanılan membranlarda geri kazanım yüzdeleri daha fazla olmuştur. Nanotüp yüzdesinin artışıyla birlikte bu geri kazanım genel olarak düşüş göstermiştir. En iyi sonuçlar 8.4m çekme hızında ve 15cm hava boşluğunda elde edilmiştir. Hidroksil çok duvarlı karbon nanotüp eklenmesi genelde geri kazanım oranlarını saf membranlardan daha düşük olmuştur. Karbon nanotüp yüzdesinin artışıyla birlikte, 4.2m çekme hızı ve 0 cm hava boşluğu hariç (bu parametreler kullanıldığında konsantrasyon artışıyla birlikte geri kazanım artıp, azalmıştır.) bu oran düzensiz bir şekilde değişme göstermiştir. Toplam membran kirlenme oranı hesaplanırken geri dönüştürülemez ve dönüştürülebilir kirlenme oranları hesaplanmıştır. Farklı üretim parametreleri kulanıldığında elde edilen membran kirlenmeleri de farklı olmuştur. Karboksil çok duvarlı karbon nanotüp kullanıldığında genel olarak saf membrana göre daha düşük membran kirlenmesi olmuştur. Hidroksil çok duvarlı karbon nanotüp kullanıldığında ise saf membrana göre yüksek kirlenme oranları hesaplanmıştır. Geri dönüşsüz kirlenme, ana membran kirletici mekanizma olmuştur. BSA giderimleri geçirgenlik oranı arttıkça düşmüştür. Membran matrisine karbon nanotüp eklenmesiyle birlikte membranların mekanik dayanıklılığında artış gözlemlenmiştir. Genel olarak karbon nanotüp eklenmiş bütün membranların elastisite modülü değerleri saf membranlara göre yüksek çıkmıştır. Farklı üretim parametrelerinin kullanması sonucu elastisite modülü değerleri de farklılık göstermiştir. En iyi elastisite modülü değeri daha iyi moleküler dizilimin gerçekleştiği yüksek çekme hızı (8.4m) ve 15cm hava boşluğunda elde edilmiştir. Her iki fonksiyonellikte de karbon nanotüp yüzdesinin artışıyla birlikte düzensiz bir değişim meydana gelmiştir. Ayrıca kopma anındaki uzama değerleri de farklı üretim parametreleri kullanıldığında düzensiz bir değişim göstermiştir. Membranların antibakteriyel özelliklerini incelemek için Escherichia Coli kullanılmıştır. 1 günlük inkübasyon sürecinden sonra, Escherichia Coli büyümesinin ne kadar olduğu incelenmiştir. Sonuçlara göre hem karboksil çok duvarlı karbon nanotüp hem de hidroksil çok duvarlı karbon nanotüp hiç antibakteriyel özellik sergileyememiştir.
-
ÖgeMayada Metal-protein Etkileşimlerinin Biyonanoteknoloji İçin Hesapsal Olarak İncelenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-02-22) Özdamar, Erhan ; Balta, Bülent ; 460990 ; Nanobilim ve Nanomühendislik ; Nanoscience and NanoengineeringFet3p bir çoklu-bakır oksidaz enzimi olup, ekmek mayası olan Saccharomyces cerevisiae’da hücre içerisine yüksek afinitede demir alımında rol alır. Fet3p mayanın hücre zarının üzerinde Ftr1p proteini ile birlikte kompleks olarak bulunur. Fet3p dioksijen molekülünü suya indirgerken, aynı zamanda 4 demir(II) iyonunu birer birer yükseltgeyerek Ftr1p proteinin yardımıyla hücre içerisine taşınmasını sağlar. Literatürde tamamen indirgenmiş yapıdan, dioksijen ayrımına kadar olan tepkimeler ayrıntılı bir şekilde çalışılmıştır. Ancak, substrat oksidasyonu, bakır indirgenme ve su oluşumu tepkimeleri daha önce hiç çalışılmamıştır. Bu yüzden bu çalışmanın başlıca amaçlarından biri, bu redoks tepkimeleri, protonlanma etkileri ve olay sıralarının araştırılmasıdır. Olası tepkimelerin yapıları tasarlanıp, tepkime enerjileri M06-2X kuantum mekaniği/ moleküler mekanik (QM/MM) yöntemiyle hesapsal olarak hesaplanmıştır. Ayrıca, Fet3p’nin mayanın diğer metal streslerine karşı direncine de katkı sağladığı bilinmektedir. Bu nedenle, bakır, kobalt ve nikel, demir substratıyla yer değiştirilerek, Fet3p ile tepkimeye girip girmeyecekleri de araştırmanın amaçlarından biridir. Elde edilen sonuçlara göre, herhangi bir protonlanma olmaksızın reaksiyon gerçekleşmeyeceği düşünülmüş ve şöyle bir olası mekanizma önerilmiştir: Önce bir protonlanma ardında da bir substrat yükseltgenmesi gerçekleşir ve bu döngü 4 defa tekrar eder. Diğer yandan, elde edilen veriler deneylerle de tutarlılık göstermekte ve Fet3p enzimi bakırı da yükseltgemektedir. Ancak, kobaltı sadece düşük pH koşullarında yükseltgeyebilmiştir. Nikel ise Fet3p tarafından yükseltgenmemiştir.
-
ÖgePem Yakıt Hücrelerine Yönelik Nano Boyutlu Katot Katalizörlerinde Döner Halka Disk Elektrot Çalışmalarının İncelenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-02-22) Şahin, Nihat Ege ; Kadırgan, Figen ; 461448 ; Nanobilim ve Nanomühendislik ; Nanoscience and NanoengineeringBu çalışma moleküler oksijenin PEM yakıt hücrelerinde elektrokatalitik indirgenmesinin temel elektrokimyasal ve elektroanalitik yönleri bakımından ele almaktadır. Araştırma üç farklı temel bölüme ayrılmıştır. İlk kısımda nano boyutta elektrokatalizörlerin mikrodalga destekli polyol indirgenme metodu ile sentezlenmesini içermektedir. İkinci kısımda döner disk elektrot ve döner halka disk elektrot kullanılarak oksijenin elektrokatalitik indirgenmesine ilişkin temel reaksiyon mekanizmaları ve reaksiyon kinetikleri incelenmiştir. Üçüncü kısımda Spektroskopik ve mikroskopik yöntemler kullanılarak sentezlenen elektrokatalizörlerin yapısal karakterizasyonu aydınlatılmıştır. Çalışmanın ilk kısmı nano boyutta elektrokatalizörlerin mikrodalga destekli polyol indirgenme yöntemi kullanılarak sentezlenmesidir. Polyol indirgenme sentez yöntemi nano boyutta elektrokatalizör hazırlamak için zaman ve enerji bakımında oldukça verimli bir yöntemdir. Vulcan XC-72 karbon destekli Platin içerikli katalizörler oksijen indirgenmesi tepkimesi için en uygun katalizörlerdir. Platine ilişkin aşırı potansiyel ve yüksek maliyetler alternatif elektrokatalizörlerin geliştirlmesini gerektirmektedir. Oksijen indirgenme aktivitesini geliştirmek ve Platin içeriğini azaltmak için, karbon destekli bimetalik Pt-Cr, Pt-Sn, Pt-Ni, Pt-Co elektrokatalizörleri sentezlenmiştir. Çalışmanın ikinci kısmında elektroanalitik yöntemler kullanılarak sentezlenen elektrokatalizörlerin kinetik parametreleri, elektrokimyasal aktif yüzey alanları ve yüzeye ilişkin pürüzlülük faktörleri belirlenmiştir. Elektrokimysal çalışmalar perklorik asit ortamında gerçekleştirlmiştir. Oksijenin indirgenme katalitik aktivitesi ve peroksit oluşumu döner halkalı disk elektrot yöntemi kullanılarak incelenmiştir. Döner halkalı disk elektrot yöntemi kinetik parametreleri ve reaksiyon sırasında oluşan ara ürün yada yan ürünleri belirlemek için kullanılan en yaygın yöntemdir. Koutecky-Levich analiz yöntemi kinetik parametrelerinin belirlenmesi sağlamaktadır. Bimetalik elektrokatalizörlerin oksijenin indirgenmesi üzerindeki elektrokatalitik etkisi Pt/C elektrokatalizörüne kıyasla kütle aktivetesi bakımdan daha verimli sonuçlar vermiştir. Çalışmanın son kısmında söz konusu elektrokatalizörlerin yapısal ve fiziksel karakterizasyonu yüksek çözünürlüğe sahip geçirimli elektron mikroskobu, X ışınları kırınımı ve termal gravimetrik analiz yöntemleri kullanılarak aydınlatılmıştır.
-
ÖgePolipirol /poli(akrilonitril-ko-metilakrilat) Nano Kompozitleri, Nanofiberleri Ve Karakterizasyonları(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-03-01) Yerlikaya, Yasemin ; Saraç, A.sezai ; 459197 ; Nanobilim ve Nanomühendislik ; Nanoscience and NanoengineeringBu çalışma iki kategoriye ayrılabilir. İlk olarak emülsiyon polimerizasyonu yöntemiyle Polipirol/Poli(Akrilonitril-Ko-Metil akrilat) lateksinin elde edilmesi, ikinci olarak ise elde edilen lateks nano kompozit yapıdan elektrospinning yöntemi ile nanofiber elde edilmesi gerçekleştirilmiştir. Akrilonitril (AN) ve metil akrilatın (MA) sulu ortamda emülsiyon polimerizasyonu, ortamda yüzeyaktif madde olan dodesil benzen sülfonik asit (DBSA) ve başlatıcı potesyum per sülfat (KPS) bulunmasıyla tamamlanmıştır. Ardından emülsiyon ortamına pirol (Py) damlaları eklenmiştir. Pirolün kopolimerleşmesi sonrasında Ppy/P(AN-co-MA)’nın lateks ortamındaki nanopartiküllerinden örnek alınıp, morfolojisi Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Aynı zamanda Partikül Boyut Analiz cihazı ile ve SEM görüntüleri üzerinden ölçüm alma yöntemiyle nanopartikül boyutları belirlenmiştir. Değişen polipirol miktarlarıyla başarılı bir şekilde 83-103 nm çaplarında nanopartiküller elde edildiği görülmiştir. Sonra bu kompozitler belli miktarlarda DMF (Dimetil formamid) içinde çözülmüş ve güç kaynağı, pompa, şırınga ve metal kollektörden oluşan bir elektrospin cihazında nanofiber haline getirilmiştir. Kollektör ile şırınga arasındaki mesafe, çözücü solüsyonunun kütlece yüzdesi ve uygulanan voltaj değiştirilmemiştir. Elektrospinning sonucunda 200-700 nm çaplarında nanolifler elde edilmiştir. Nano kompozitlerin DMF içeren çözeltisi özel yüzeylere döklmüş ve filmler elde edilmiştir. Nanofiberler SEM ve DMA (Dinamik Mekanik Analizör) ile karakterize edilmiştir. Kurutulmuş partiküller ise hem Fourier Dönüşüm Kızılötesi – Azaltılmış Toplam Yansıma Spektroskopisi (FTIR-ATR), hem UV-Görünür Spektroskopisi, hem de Diferansiyel Tarama Kalorimetresi (DSC) ile karakterize edilmiştir. UV-Görünür Spektroskopisi sonuçları incelenmiştir ve UV emiliminin doğrudan nanopartiküllerin boyutuyla orantılı olduğu görülmüştür. DSC Analizleri ortama eklenen pirol miktarı arttıkça camsı geçiş sıcaklığının arttığını göstermiştir. Filmler de DMA ile stres-uzama eğrileri elde edilerek karakterize edilmiştir ve eklenen pirol miktarı arttıkça filmlerin Young Modüllerinin arttığı açıkça görülmüştür.
-
ÖgeSynthesis And Characterization Of Polyacrylonitrile -based Carbon Nanofibers(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-07-03) İşmar, Ezgi ; Saraç, A. Sezai ; 10005698 ; Nanobilim ve Nanomühendislik ; Nanoscience and NanoengineeringBu çalışma kapsamında karbon nanoelyaf üretimi PAN tabanlı malzemelerden üretilmiştir ve süreç optimizasyonu yapabilmek adına önce homopolimer ile çalışıp daha sonra polyakrilonitril-ko-itakonik asit ve polyakrilonitril-ko-akrilik asit polimerleri çeşitli besleme oranlarında sentezlenmiştir. Bütün polimelerin dimetilformamid (DMF) ile çözeltileri hazırlanmıştır ve bu çözeltiler oda sıcaklığında elektro çekim ünitesine beslenmiştir. Homopolimer ve ko-polimerden elde edilen PAN tabanlı nanoelyaf matları önce oksidasyon sonra düşük sıcaklık karbonizasyon işlemlerine tabi tutulmuştur. Termal özellikler, diferansiyel taramalı kalorimetre ve termal gravimetrik analiz cihazı ile saptanmıştır. Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopi- attenuaded total reflaectance (FTIR-ATR) cihazı sayesinde polimerlerin ve nanoelyafların kimyasal yapısı incelenmiştir. Yüzey morfolojisi taramalı elektron mikroskop (SEM) ile incelenmiştir. Nanoelyaf matlarının mekanin özellikleri DMA yardımı ile saptanmıştır.
-
ÖgeGümüş (ag0) Ve Aluminyum (al0) Nanoparçacıklarının Aktif Çamurdaki Mikrobiyal Yapıya Olan Nanotoksikolojik Etkilerinin Belirlenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-07-11) Parlak, Elif Buket ; Koyuncu, İsmail ; 10006899 ; Nanobilim ve Nanomühendislik ; Nanoscience and NanoengineeringNanobilim ve nanoteknoloji, bilimsel çevrelerde dinamik olarak tüm dünyada gelişen alanlardır. Bu teknoloji ilaç, tüketim ürünleri, enerji, malzeme ve imalat alanında bilimsel gelişmeler sunmaktadır. Nanoteknoloji en basit haliyle, genel olarak mühendislik yapılarını kapsasa da 1 ve 100 nanometre arası boyutlar ölçeğinde düzenek ve sistemler olarak tanımlanabilir. Araştırma, geliştirme ve bu özelliklerin kullanımı, yeni teknolojinin merkezinde yer almaktadır. Nanoteknolojinin toplum, sanayi, çevre ve sağlık alanlarında da çok büyük fayda sağlama potansiyeli vardır. Yaşam kalitemizi arttırması ve sera gazı emisyonlarının azaltılması gibi bazı günlük kilit konularda yardımcı olabilmektedir. Enerji depolanması ve veriminin artırımına katkısı, hastalıklara daha iyi tanı ve tedavi yöntemleri sunması, bilgisayar sistemlerini hızlandırması ve kirlenmiş hava, toprak ve suyun iyileştirilmesi gibi diğer kullanım alanları mevcuttur. Nanopartiküller birçok farklı maddeden, elementel kompozisyonu, şekli, boyutu, fiziksel ve kimyasal özellikleri değişim göstererek, çeşitli fiziksel ve kimyasal metotlarla sentezlenebilirler. Nanoboyutta maddelerin özellikleri yığın formuna göre belirgin şekilde değişim gösterir. Maddenin boyutu küçüldükçe atom yüzey alanı artar, bu da reaktifliği arttırır ve yüzeydeki atomlar basit katalitik proseslerin aktif merkezleri olmasıyla yüksek reaktif katalistler haline dönüşürler. Böylece nanopartiküller nanometre ölçeği boyutunda benzersiz elektronik, optik, manyetik ve mekanik özellikler gösterirler. Bu benzersiz özellikleri sebebiyle nanopartiküller kataliz, atıksu arıtımı, tekstil, boya, ilaç iletimi, manyetik rezonans görüntüleme (MRI), doku mühendisliği ve kanser tedavisi alanlarında kullanılmaktadır. Farklı tipteki nanopartiküllere son yıllarda hem sanayi hem de akademik çalışmalarda yoğun şekilde odaklanılmıştır. Nanopartiküller çok küçük boyutlardaki hacimlerine göre geniş yüzey alanları sebebiyle çok reaktiftirler. Yüksek reaktivite potansiyeli, nanopartiküllerin biyolojik sistem ve çevreyle zararlı ilişkisine bağlı olarak toksisiteye sebep olma potansiyeline sebep olabilmektedir. Nanotoksikoloji, özellikle nanopartiküllerin neden olduğu zararlı etkiler alanındaki bilgi boşluğunu doldurmak amacıyla toksikolojinin yeni bir dalı olarak gelişmektedir. Nanotoksikoloji disiplini, sürdürülebilir ve güvenli bir çevrenin gelişimi için önemli katkılar sağlamaktadır. Nanotoksikoloji, fizikokimyasal bileşenler, maruz kalma yolları, biyodağılım, moleküler bileşenler, genotoksikoloji, ve yasal denetimler konularını kapsamaktadır. Ek olarak, nanotoksikoloji nanomateryallerin insan ve çevresel risk değerlendirilmesinde güvenilir, sağlıklı, ve doğruluğundan emin olunan test yöntemlerini de içine alır. Limitli kullanımı olan ürünlerde bulunan nanopartiküllerin, kullanım sonrası bu ürünler uzaklaştırıldığında nanopartiküllerinin geri dönüşümü ve uzaklaştırılması sırasında çevrede yayılımı merak konusudur. Bu nanomateryaller bir kez yayıldıktan sonra biyotik ve abiyotik proseslerle değişime uğrayabilirler. Çevresel dönüşümleri ve işlenmiş nanopartiküllerin zararlarının anlaşılabilmesi nanopartiküllerin tehlikesiz uzaklaştırılmasının tasarım ve gelişimine olanak sağlayacaktır. Kullanılan nanopartikül sayısı günden güne artış göstermektedir, ve bu da nanopartikülleri daha kompleks yapmakta ve benzersiz kimyasal özellikler kazandırmaktadır; bu sebeple ‘güvenli’ nanoteknoloji için, ‘nanotoksikoloji’ çalışmaları toksikoloji (genotoksikoloji ve teratogenitik) ve ekotoksikoloji için standart protokollerin getirilmesi gerekmektedir. Nanomateryallerdeki kullanım artışı, nanopartiküllerin kasıtlı/kasıtsız olarak kanalizasyon ve atıksu arıtma tesislerine girmesine sebep olmaktadır. Atıksu arıtımının nanomateryaller üzerindeki etkileri veya bunun tersi nanomateryallerin atıksu arıtım tesisi üzerindeki etkileri bilinmemektedir. Dahası, bu maddelerin endüstriyel veya evsel atıksu arıtma tesislerinden verimli uzaklaştırılmasının yolu konusunda da soru işaretleri vardır. Son çalışmalar nanopartiküllerin atıksu arıtma sisteminde tutulamadığını ve doğal su ortamlarına deşarj edildiğini göstermektedir. Bu nanopartiküller doğada uzun süre kalmakta ve su yaşamında potansiyel toksik etki göstermektedir. Nanopartiküller yayıldıkları zaman, elektrostatik ve van der Waals etkileşimleri ile sulak yüzeylerle etkileşmekte ve biyolojik türlerle birleşmektedir. Bu sebepten dolayı, atıksu arıtma tesisleri ve atıksu çamurundaki nanopartiküllerin olası davranış ve zararları üzerine yeni analiz yöntemleri gerekmektedir. Bu çalışma, belirli nanopartiküller ile gerçek aktif çamur arasındaki ilişkinin karakterinin belirlenmesi üzerinedir. Bu sebeple bu çalışmada, endüstriyel bazda yaygın olarak kullanılan iki farklı metal oksit (Ag0 ve Al0) nanopartikülünün, gerçek atıksu arıtma tesisinde bulunan mikrobiyal toplulukların aktivitesi üzerindeki inhibisyon etkileri, solunum testleri ve biyolojik analizler ile araştırılmıştır. Deneyler üç aşamada gerçekleştirilmiştir. İlk olarak farklı deneysel koşullarda nanopartiküllerin çözünme oranları belirlenmiştir. İkinci olarak kısa süreli toksisite testleri ve solunum analizleri ile nanopartiküllerin etkisi çalışılmıştır. Son olarak ise uzun süreli testlerle nanopartiküllerin toksik etkisi belirlenmiştir. Nanopartiküllerin çözünme deneylerinde pH (3 - 5 - 7), sıcaklık (25oC – 35oC – 45oC), karıştırma hızı (200 rpm – 400 rpm – 600 rpm – 800 rpm), nanopartikül konsantrasyonu (0.1 - 0.2 - 0.6 - 1%) parametreleri değişimine bağlı olarak farklı deneysel koşullarda analizler gerçekleştirilmiş ve bu numunelerin ICP ölçümleri yapılmıştır. İlk olarak yapılan pH deneyinde sıcaklık, karıştırma hızı ve nanopartikül konsantrasyonu sabit tutulmuş, optimum pH değeri seçilmiştir. İkinci yapılan sıcaklık testinde karıştırma hızı sabit tutulmuş, optimum pH ayarlanmış ve farklı sıcaklılarda yapılan analizler sonucu optimum sıcaklık değeri seçilmiştir. Daha sonra optimum pH ve optimum sıcaklık değerlerinde sabit nanopartikül konsantrasyonunda farklı karıştırma hızları arasında optimum karıştırma hızı seçilmiştir. Son olarak da tüm değişkenler optimum değerlerinde sabit tutularak farklı nanopartikül konsantrasyonları denenmiş ve optimum konsantrasyon seçilmiştir. Deneylerin bundan sonraki aşamalarında bu bölümde seçilen optimum değerler kullanılmıştır. Deneylerin ikinci aşamasında nanopartiküllerin aktif çamur içine kısa süreli şok yüklemesinin biyolojik etkisinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Deneyler, optimum koşullar olan pH 7.0, sıcaklık 25.00C, karıştırma hızı 400 rpm seçilerek üç farklı nanopartikül oranında (0.05 - 0.1 - 0.2 %, m/m) gerçekleştirilmiştir. Çözünürlük oranları analizindekilerden farklı nanopartikül oranı kullanılmasının nedeni en yüksek konsansantrasyona 0.1 - 0.2 %, m/m konsantrasyonlarında ulaşılması ve daha düşük konsantrasyonda nanopartikülün etkisinin de araştırılmak istenmesidir. Kısa süreli şok yükleme deneyleri Ag0 ve Al0 nanopartikülleri için üçer saat süreyle birer saat periyotlarla numune alınarak gerçekleştirilmiştir. Deney başlangıcında alınan numunenin askıda katı madde miktarı ve SMP-EPS analizleri yapılmış, diğer saatlerde alınan numunelere yalnızca SMPprotein, SMPkarbonhidrat, EPSprotein, EPSkarbonhidrat analizleri gerçekleştirilmiştir. Deneylerin üçüncü aşamasında nanopartiküllerin uzun süreli (10 gün) etkileri incelenmiştir. Bu aşamada nanopartikül konsantrasyonlarına bağlı olarak bakterilerin biyolojik etkileri üzerine etkisi incelenmesi amaçlanmıştır. Şok yükleme deneylerinde kullanılan aynı deneysel şartlar kullanılmış fakat kısa süreli deneylerden farklı olarak aktif çamurlar sabit hızlı difüzörler ile havalanmıştır. Kısa süreli şok yükleme analizinde verilen toplam nanopartikül miktarı 10 gün süresince 24’er saatlik periyotlarla parça parça aktif çamura verilmiştir. Bu deneyler süresince günlük olarak AKM, viskozite, ODçamur, ODsüpernatant, SMPprotein, SMPkarbonhidrat, EPSprotein, EPSkarbonhidrat analizleri yapılmıştır. Bu deneylerde çamurun AKM, viskozite, ODçamur, ODsüpernatant, SMPprotein, SMPkarbonhidrat, EPSprotein, EPSkarbonhidrat değerleri analiz edilmiş, bir gece besleme yapılmamış, daha sonra sentetik evsel atıksu ve nanopartikül beslemesi yapılarak deneyler gerçekleştirilmiştir. Solunum hızı deneylerinde nanopartikülün miktarına bağlı olarak değişen içsel solunum hızı ve besin varlığındaki solunum hızı üçer saat süresince onar dakikalık periyotlarla ölçülerek analiz edilmiştir. Kısa süreli şok yükleme ve nanopartiküllerin uzun süreli etkileri deneylerinde olduğu gibi 0.05 - 0.1 - 0.2 %, m/m nanopartikül konsantrasyonları ile nanopartikül eklenmiş numuneler üzerinde deneyler gerçekleştirilmiştir. Bir gece sadece havalandırılarak aç bırakılan numunelerin havası kesilmiş ve çözünmüş oksijen probu ile içsel solunum hızı analizleri gerçekleştirilmiştir. Daha sonra glikoz eklenen numunelerin üçer saat boyunca onar dakika arayla çözünmüş oksijen miktarları ölçülmüştür. Bu analiz sonucu bulunan değerlerden içsel solunum hızları çıkarılmış ve substrat varlığında oksijen kullanım oranları bulunmuştur. Böylece nanopartikül konsantrasyonlarının değişim oranlarına göre nanopartikülün toksik etkisi bakteriyel inhibisyon oranına bağlı olarak bulunmuştur. Yapılan analizlerin sonucu olarak AgNP’ünün pH 7’de en fazla çözünürlüğü gösterdiği, sıcaklık artımı ile AgNP çözünürlüğünün azaldığı, karıştırma hızı olarak 400 rpm’de maksimum çözünürlüğe ulaşıp daha sonra düşüşe geçtiği, %0.1 konsantrasyon oranında maksimum çözünürlüğe sahip olduğu gözlenmiştir. Bu ölçüm sonuçlarına göre sonraki aşamalardaki AgNP konsantrasyonları ve ortam şartları seçilmiştir. AlNP ise AgNP ile hemen hemen paralel ancak daha az oranda değişim göstermesi nedeni ve deneylerin gözlenebilirliği açısından aynı şartlarda uygulanmasına karar verilmiştir. Çözünen nanopartikül konsantrasyonu oranının çok düşmesi sebebiyle %0.6 ve %1.0 oranları yerine %0.05 oranı ile çalışmalara devam edilmiştir. İkinci aşama olan kısa süreli şok yükleme deneylerinde AgNP’nin SMPp üzerine etkisi incelendiğinde %0.05 konsantrasyonunda kayda değer bir etki gözlenmemiş, %0.1’de bir artış ve %0.2’de ikinci saat pik değeri sonrası başlangıç seviyesine yaklaşma gözlenmiştir. SMPc üzerinde etkisi olmadığı görümüştür. EPSp için ise % 0.05 için belirgin bir artış görülmüş olmasına rağmen diğer konsantrasyonlarda sabit seyir gözlenmiştir. EPSc oranı ise AgNP eklenmesiyle belirgin bir artış göstermiştir. AlNP eklendiğinde ise SMPp oranı ilk saat yükselmiş olmasına rağmen daha sonra başlangıç değerlerine dönmüştür, SMPc için ise bir değişim gözlenmemiştir. EPSp için ise %0.05 ve %0.1 konsantrasyonlarında azalış, %0.2 oranında arış görülmüştür. EPSc için AlNP’nın etkisi araştırıldığında ise %0.05 için artış, diğer oranlar için ise başlarda çok az bir artış görülmesine rağmen daha sonra başlangıç değerlerine yaklaşmıştır. Respirometrik deneylere bakıldığında ise AgNP AlNP’ye oranla daha fazla olmak üzere içsel solunum hızını azalttığı gözlemlenmiş, ve nanopartikülün bakteri üzerinde inhibisyon etkisi olduğu sonucuna varılmıştır. Üçüncü aşama olan nanopartiküllerin aktif çamur üzerindeki uzun süreli etkisinde AgNP için bakteriyel büyümeyi belirgin şekilde etkilemediği, viskozite değerini değiştirmediği, OD üzerinde izlenebilen bir etkisi olmadığı görülmüştür. AgNP konsantrasyonun artması SMPp ve SMPc konsantrasyonunu da arttırmıştır. AgNP eklenmesiyle EPSp azalmış, fakat EPSc benzer salının göstermiştir. ODsupernatant sonuçları ele alındığında AgNP içermeyen çamurun çökelme özelliğinin daha iyi olduğu görülmektedir. AlNP ile yapılan analizlerde ise bakteriyel büyümenin azaldığı,viskozitenin ve ODçamur’un değişmediği görülmektedir. SMPp değişimi ise ilk iki gün artış gösterdikten sonra dengelendiği, yedinci günden sonra ise AlNP içerenlerin SMPp konsantrasyonu azalırken nanopartikül içermeyen çamurun SMPp konsantrasyonunun arttığı görülmektedir. %0.05 AlNP konsantrasyonunda SMPc en yüksek değerde okunurken, nanoparçacık içermeyen çamurda bu değer en düşük olarak okunmaktadır. EPSp ve EPSc konsantrasyonlarının ise AlNP eklenmesiyle arttığı gözlenmektedir. ODsupernatant değerinin nanopartikül içermeyen dahil tüm çamurlarda arttığı görülmektedir, buna rağmen, %0.1 AlNP konsantrasyonunda en yüksek değerler gözlenmiştir.
-
ÖgeAlternatif Akim Kutupsaldevinim İle Polistren Parçaciklarin Yönlendirilmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-08-15) Altınağaç, Emre ; Kızıl, Hüseyin ; 10009111 ; Nanobilim ve Nanomühendislik ; Nanoscience and NanoengineeringAlternatif Akım Kutupsaldevinim (AAKD) eş dağılımsız elektrik alan altında yalıtkan parçacıkların hareketidir. Uygun koşullar altında biyoparçacıklar mikrosistemler içinde kutupsaldevinim ile yönlendirilebilirler. Ancak, kutupsal devinim mikrosistemler için tek etken kuvvet değildir. AA Elektrodevinim (AAED), AA Elektroosmoz (AAEO), AA Elektrotermal Etkiler (AAET) ve Brownian hareketi mikrosistemlerde belirli koşullar altında etken olan diğer kuvvetlerdir. AAEO ve AAET, alternative akım elektrokinetiğinde baskın hidrodinamik kuvvetlerdir. AAEO, düşük iletkenliğe sahip sıvı içinde elektrik alan ile elektriksel çift katmanın etkileşimi sonucu ortaya çıkmaktadır. AAET ise Joule ısınımı ile oluşan sıcaklık gradyanları sonucu ortaya çıkmaktadır ve sıvının iletkenliği ile doğru oranda artış göstermektedir. Bu çalışmada, her bir taşınma mekanizmasını incelemek için yongasal deneylikler üretilmiştir. Bu yongasal deneylikler, cam altlık üzerinde 200 nm kalınlıkta Ti elektrot ve numune tutucu görevi gören PDMS hazneye (3 mm x 3 mm) sahiptir. Standart fotolitografi ve fiziksel buhar biriktirme yöntemleri ile yongasal deneyliklerin üretimi gerçekleştirilmiştir. Işınır polistren mikroparçacıklar saf su içinde karıştırılarak deney numuneleri hazırlanmıştır. Farklı iletkenlikte karışımlar için NaCl eklenerek saf su iletkenliği arttırılmıştır. 1kHz - 5 MHz arasında değişmek üzere taşınım mekanizmalarının elektrik alan sıklığına ve parçacıkları içeren ortamın iletkenliğine bağlı olarak değişimi incelenmiştir. Deney sonuçları, bu alanda yapılan diğer çalışmaları doğrulayarak, düşük elektrik alan sıklığı altında parçacıkların ortama gore daha kutuplanabilir olduğunu ve artıl KD etkisi altında yönlendiğini göstermektedir. Yüksek elektrik alan sıklığında ise parçacıklar ortama gore daha az kutuplanmaktadır ve eksil KD etkisi altında yönlenmektedirler. Uygun elektrik alan sıklığı, ortam iletkenliği ve uygulanan elektriksel yük altında KD kuvveti diğer hidrodinamik kuvvetlerden baskın olmaktadır. AAEO düşük elektrik alan sıklığı altında ve düşük iletkenlikteki ortamda baskın olurken, AAET yüksek elektrik alan sıklığında ve yüksek iletkenlikteki ortamda baskın olmaktadır. Bu iki baskın kuvvet koşulları arasında, aKD ve eKD kuvvetlerinin baskın olduğu koşullar deneysel çalışmalar ile belirlenmiştir. Bu çalışmada alınan sonuçlar, güncel kutupsaldevinim çalışmaları ile alınan sonuçları da doğrulamaktadır. Doğru koşullar sağlandığında KD ile parçacıkların yönlendirilmesi sağlanabilmektedir.
-
ÖgeManyetıc nano partiküllerın contrast agent olarak MR ve CT de görüntüleri(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-08-16) Gheshlaghı, Negar ; Ergun, Celalettin ; 10012329 ; Nanobilim ve Nanomühendislik ; Nanoscience and NanoengineeringManyetik nano partiküller doğrudan enjeksiyonu takiben tümörlerin interstisyel bir ısıtma yeni bir yöntem son klinik çalışmalarda insanlarda değerlendirilmiştir. Manyetik nano partiküller kullanılarak, termoterapi demir oksit nano-tanecikleri, bir doğrudan tümör içine enjekte edilir ve daha sonra, bir alternatif manyetik field.In Bu çalışmada ısıtıldı edildiği yeni bir kanser tedavisi, olduğu için, presipitation yöntemi ile BaFe12O19, Y3Fe5O12 ve demir oksit sentisized ve manyetik göre onlar çeşitli deneylerde exibit bu özellik kanser tespit ve tedavisinde kontrast madde olarak kullanmak gerekiyor. Kan aşamasına çok yakın bir aşamasında bu etkisini incelemek için, parçacıklar agar jel karışık ve doku karşılamak bizim parçacıklar enjekte bu mixtures.we tarafından tümör hücresi distruction için gerekli olan normal insan vücut ısısı üzerinde ulaştı manyetik field.We karşılaşılan ve kontrast miktarı ve sonuçları daha güçlü kontrast agents.Our parçacıkların boyutu üretilen olarak parçacıkların rol almak teyit MR ve BT cihazları sıradan kontrast madde miktarı değerlendirmek olan elektron mikroskobu (SEM) saçılma tarafından onaylandıktan 30 ile 50 nanometre arasında.
-
ÖgeMikrokanallarda Hücre Ayrıştırma(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-08-16) Zuvin, Merve ; Trabzon, Levent ; 10012450 ; Nanobilim ve Nanomühendislik ; Nanoscience and NanoengineeringBu çalışmada yaklaşık 15 mikron çapında olan MDA-MB-231 ve yaklaşık 20 micron çapında olan MCF7 insan meme kanseri hücreleri içeren karışımdan MCF7 konsantrasyonu için Dean akışından faydalanan dönel kanal tasarımı yapılmıştır. Buna göre dört farklı yükseklik x genişlik değerlerine sahip olan kanallar üretilmiştir. Bu kanallar, bir giriş ve üç çıkışa sahiplerdir. Hedef hücre olan MCF7 hücre iki farklı floresan boya ile boyanmış ve öncelikle bu boyaların hücrelerin yüzde kaçında etkili olduğunu belirlemek için akış sitometrisi ile analiz edilmiştir. Bu analizden sonra ilk önce dizilim için uygun debileri bulmak üzere deney kurulmuş ve boyalı MCF7 hücreleri ve boyanmamış MDA-MB-231 hücreleri her birinden 100 ml’de bir milyon olacak şekilde toplam iki milyon hücre içeren karışım hazırlanmıştır. Bu karışımdan her bir kanal için 20’şer ml alınarak deneyler gerçekleştirilmiştir. Bu deneyler sırasında yüksek debilerde çalışılması gerektiği anlaşılmıştır. deneylere göre gerekli debiye ulaşıldığında kanalların 2. çıkışlarında MCF7 hücreleri dizilimi olduğu görülmüş ve bu akış sitometrisi analizi ile de doğrulanmıştır. İkinci yapılan deneylerde MCF7 hücreleri ilkinden farklı bir boyayla boyanmıştır ve daha fazla sayıda debi incelenmiştir. Üretilen dönel kanallar, ucuz ve küçük boyutlu, hızlı ve daha doğru sonuç alınabilecek bir teşhis cihazı geliştirmede ön çalışma olarak kullanılabilecek bir tasarım olmuştur.
-
ÖgePolimerik Nanokompozit Düz Plaka Membranların Üretimi Ve Karakterizasyonu(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-08-26) Şile, Merve ; Koyuncu, İsmail ; 10013610 ; Nanobilim ve Nanomühendislik ; Nanoscience and NanoengineeringMembran filtrasyon sistemleri artık su ve atık su arıtma ve endüstriyel ve yerel atıksuların yeniden kullanımı için cazip bir seçenek haline gelmiştir. Bununla birlikte, filtrasyon performansı kaçınılmaz şekilde membran kirlenmesi nedeniyle zamanla azalır. Farklı polimerler (Polietersulfon (PES), polisülfon (PS), selüloz asetat (SA), polyvinilydene florid (PVDF) vs.) iyi ısı direnci ve kimyasal direnci, çevresel etkilere dayanıklılık, kolay işleme ve iyi fiziksel ve kimyasal özellikleri göz önünde bulundurularak membran malzemesi olarak seçilebilir. Ancak, yapısı nedeniyle bazı polimerlerin doğal hidrofobisiteleri düşük membran akısı ve çabuk tıkanma özellikleri nedeniyle uygulama ve faydalı ömrü üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Membran özellikleri hakkında az sayıda çalışma yapılmıştır çünkü membranlar ticari membran türleri sınırlı kalmış ve bu membranlar birçok çalışmalada kullanılmıştır. Son membran kirlenme çalışmaları, membralara düşük tıkanma özellikleri kazandırmak için membran malzemesinin fiziksel veya kimyasal modifikasyonunu içermektedir. Son membran kirlenme çalışmaları kirlenme önleyici özellikler kazandırmak için membran malzemesinin fiziksel veya kimyasal modifikasyonu üzerinedir. Bu çalışmalar üç ana başlıkta toplanabilir; fiziksel ve kimyasal işleme ile membran yüzey modifikasyonu, yeni malzemeler ekleyerek membran üretimi, düşük kirlenme özellikleri için spacer kullanarak membran kaplaması. Şimdiye kadar membran modifikasyon çalışmaları yararlı sonuçlar vermiştir. Bu nedenle, bu çalışmanın temel amacı nanomalzemeler ile membran üretimi ve bu membranların karakterizasyon deneylerinin ardından filtrasyon performanslarının belirlenmesidir. Tez çalışmasında 1970?li yıllardan beri kullanılmakta olan evre dönüşümü (phase inversion) yöntemi ile nanoparçacık ve nanotüp kullanılarak tabaka halinde membranların üretilmiş ve bu membranların karakterizasyonu yapılmıştır. Bu kapsamda üç (3) farklı membran polimeri ve beş (5) farklı nanomateryal kullanılarak membran üretimi gerçekleştirilmiştir. Membran malzemesi olarak polisülfon (PS), Polietersülfon (PES) ve selüloz asetat (SA) polimerleri kullanılmıştır. Nanoparçacık olarak metal (gümüş (Ag)) ve metal oksitler (titanyum oksit (TiO2), alüminyum oksit (Al2O3) ve silikon dioksit-silika (SiO2)), nanotüp olarak ise karbon nanotüp kullanılmıştır. Dolayısıyla her bir polimerik membran malzemesi ile beş (5) farklı nanomateryalin kullanılması ile toplam onbeş (15) farklı membran malzemesi üretilmiştir. Çalışmalar iki ana başlık altında özetlenebilir; (i) evre dönüşüm yönteminde, saf polimerik membranların hazırlanmasının optimizasyonudur (polimer/solvent/ıslatıcı madde (PVP) oranları, buharlaştırma ve koagülasyon süreleri), (ii) ilk aşamada belirlenmiş olan polimer/solvent/PVP oranında nanomateryallerin optimum miktarlarının belirlenmesi ve klasik filtrasyon sisteminde model EPS, model E.coli bakterisi filtrasyonlarında performanslarının tespit edilmesidir. Deneylerin ilk aşamasında nanomateryal olmadan saf membranların hazırlanması için sabit PVP (%8) ve farklı polimer/solvent oranlarında membranlar hazırlanmıştır. Farklı polimer oranları literatür araştırması yapılarak istenilen filtrasyon türüne göre literatürde en çok kullanılan oranlar arasından belirlenmiştir. Kullanılan polimer oranları %14, %16 ve %18 olarak seçilmişdir. Üretilen bu membranlarda başta geçirgenlik deneyleri olmak üzere karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. Bu aşamadaki deneyler en az üç kere tekrar edilmiştir. Membranlar dökülmeden önce hazırlanan membran çözeltilerinde (dope çözelti) viskozite ölçümleri yapılmıştır. Deneyler sonunda geçirgenliği ve moleküler ağırlık kesme değeri (MWCO) ultrafiltrasyona yakın, çekme derecesi ve pürüzlülüğü düşük, boşluk oranı, hidrofilikliği, protein ve karbonhidrat tutma kapasitesi yüksek membranların üretim şartları seçilerek nanomateryalli membran üretimine geçilmiştir. Nanomateryalli membran üretiminde üç (3) faklı nanomateryal oranı kullanılmıştır. Kullanılan nanomateryal oranları yine literatür çalışması ile belirlenmiştir. Her bir nanomateriyal için kullanılan nanomateriyal oranları %0.4-0.8-1.2 olarak seçilmişdir. Yine üretilen bu membranların karakterizasyon testlerinin ardından optimum nanomateryal miktarı belirlenmiştir. Düz plaka halinde saf polimerli ve nanomateryalli membranların dökümünde evre dönüşüm (phase inversion) yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntemde nanomateryalli ve saf polimerli membranların döküm işlemleri aynı şartlar altında gerçekleştirilmiştir. Membran dökümünde ilk olarak homojen dağılımı sağlanmış membran çözeltisi cam yüzey üzerine belirli hacimde dökülmüş ve dökme bıçağı (casting knife) sabit kalınlığa ayarlanarak bu çözeltinin üzerine yerleştirilmiştir. Ardından laboratuar ölçekli dökme makinesinin gerekli ayarlamaları yapılarak sabit hızda (100 mm/s) cam yüzeyinde polimer film oluşturulmuştur. Bu esnada oluşturulmak istenen membranın özelliğine bağlı olarak polimer filmler belirli bir solvent buharlaşma süresinde bekletilmişlerdir. Bu çalışmada buharlaşma süresi 10 sn. olarak sabit tutulmuştur. Buharlaşmanın ardından polimer filmlerinin olduğu camlar destile suyun bulunduğu koagülasyon banyosuna daldırılmışlardır. Bu esnada en az 5 dakika membranın oluşması beklenmiş ve ardından oluşan membranlar destile suyun bulunduğu temiz bir kaba aktarılmışlardır. Biyolojik büyümenin olmaması ve reaksiyona girmeyen polimer veya solventin membrandan uzaklaşması için üretilen membranlar en az 1 hafta süre ile +40C?de soğuk odada saklanmışlardır. Karakterizasyon deneylerinde ilk olarak membranların kalınlıkları mikrometre yardımı ile hassas bir şekilde ölçülmüş kalınlığı yaklaşık 180-200 µm aralığında olan membranlar deneylerde kullanılmak üzere seçilmişlerdir. Karakterizasyon deneylerinde manyetik karıştırmalı klasik filtrasyon hücresi kullanılarak geçirgenlik, moleküler kesme değeri (MWCO), protein (Bovin serum albümin-BSA) ve karbonhidrat (Dextran, Mw=70.000 Da) tutunumları belirlenmiştir. Cihazlar kullanılarak yapılan karakterizasyon ölçümlerinde boşluk oranı ve çekilme değeri, temas açısı, SEM-EDS ve AFM analizleri, yüzey yükü (pH 6.0-6.5 aralığında zeta potansiyeli) ve XRD analizleri gerçekleştirilmiştir. Üretilen membranlar filtrasyon performansları (geçirgenlik, model çözeltiler) öncesi ilk olarak literatürde sıkıştırma deneyi olarak isimlendirilen ön işleme tabi tutulmuştur. Bu işlemde, yüksek basınç altında membranların saf su ile yıkanması sağlanmış ve bu esnada reaksiyona girmemiş polimer/ıslatıcı/solvent kalıntılarının membranlardan yıkanması ve membran gözeneklerinin son halini alması sağlanmıştır. Bu deneyin ardından klasik filtrasyon deneyleri sırayla gerçekleştirilmiştir. Cihaz analizleri için membran numunelerinin hazırlanmasında sıkıştırma ön işlemi yapılmayan membranlar kullanılmıştır. Membranların filtrasyon hücresinde ilk olarak geçirgenlik değerleri bulunmuş ardından protein ve karbonhidrat tutunum ve filtrasyon performansları model çözeltiler kulllanılarak tespit edilmiştir. Bu filtrasyon deneylerinde geçirgenlik değerleri belirlenmiş olan membranlar kullanılmıştır. Kirlenme mekanizmasını belirlemek için ise filtrasyon deneyi sonrası membranların yüzeyi fiziksel olarak temizlenip tekrar geçirgenlik değerleri tespit edilmiştir. Membranların por yoğunluğunun göstergesi olan boşluk oranı ve fiziksel deformasyonunu veren çekilme oranı deneyleri de yine tüm saf ve nanomateryalli membranlar için bulunmuştur. Membranların yüzey ıslanabilirliğinin bir göstergesi olan hidrofilik veya hidrofobik özelliğin ölçümü için temas açısı cihazı kullanılmış ve damlatma yöntemi kullanılarak analizler en az üç tekrarlı olarak gerçekleşitirilmiştir. Membranların yüzey özelliklerini ve maddesel analizlerini gözlemlemek amacıyla SEM-EDS cihazı ve yüzey pürüzlülük değerinin belirlenmesi için de AFM cihazı kullanılmıştır. Saf ve nanomateryalli membranların yüzey yükleri, elektrokinetik ölçer ile sabit pH?da (6.0-6.5 aralığında) KCI tampon çözeltisi kullanılarak ölçülmüştür. Cihaz iki ara yüzeye sabitlenmiş membran parçalarının karşılıklı zeta potansiyeli ölçüm prensibine dayanmaktadır. Malzemelerin X ışını geçirimliliğini ölçen XRD cihazı ile saf ve nanomateryalli membranların yüzeylerinde bulunan bileşenler analiz edilmiştir. Tez çalışmasının son aşamasında ilk aşamada gerçekleştirilmiş olan optimizasyon çalışmaları sonucunda en iyi performansları göstermiş nanoparçacık oranlarında tekrar PS (polisülfon), PES (polietersülfon) ve SA (selüloz asetat) membranları üretilmiştir. Daha sonra bu membranlar kullanılarak klasik filtrasyon sisteminde model EPS çözeltisi (Xhantan gum) ve model E.coli bakterisi ile membran kirlenmesi deneyleri aşamalı olarak gerçekleştirilmiştir. Deneyler sırasında, giriş süspansiyonlarından ve süzüntülerden numuneler alınarak tutunum değerleri tespit edilmiştir. E.coli bakterisi ile gerçekleştirilen çalışmalarda mikrobiyal üremenin olup olmadığının tespiti için agar-plateler kullanılarak canlılık testleri de gerçekleştirilmiştir. Tüm deneyler sonucunda, kirlenme performansı en düşük olan optimum polimer/nanoparçacık kombinasyonları belirlenmiştir.
-
ÖgeBiyobenzetim Yöntemiyle Silisyum Tabanlı İnce Film Yansıtmayan Kaplama Üretimi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-09-03) Balaban, Mümin ; Kızıl, Hüseyin ; 10014355 ; Nanobilim ve Nanomühendislik ; Nanoscience and NanoengineeringNanobilim ve nanoteknoloji malzeme ve sistemleri 1-100 nanometre boyut aralığında ele alır. Bu alanda yapılan çalışmaların esas ayırt edici özelliği boyutsal minyatürizasyonun yanında malzeme ve sistemlerin nano ölçekte makro ölçekten farklı olarak yeni ve fonksiyonel özellikler göstermeleridir. Aslında bahsedilen bu fenomen doğadaki birçok canlının yapısında milyonlarca yıldır bulunmaktadır. Atomik kuvvet mikroskobunun icadıyla beraber nano ölçekte atomların karakterizasyonu ve manipülasyonu mümkün hale gelmiştir. Böylece doğadaki ürün ve süreçlerden esinlenilerek ya da bunlar taklit edilerek yeni ve fonksiyonel malzemelerin üretilmesinin önü açılmıştır. Biyomimetik adı verilen bu çalışma alanı sunduğu fırsatlar nedeniyle özellikle son on yılda büyük önem kazanmıştır. Güvelerin bütünleşik göz yapıları mikroskobik olarak incelendiğinde yüzeylerinde altıgen düzende dağılmış emzik benzeri periyodik nanoyapılar görülür. Bu nanoyapılar arasındaki merkezlerarası mesafe 300 nanometrenin altındadır. Görünür ışığın dalgaboyunun (380-780 nanometre) altında bir periyotla tekrar eden bu emzik benzeri nanoyapılar kırıcılık indisinde kademeli değişime neden olurlar. Böylelikle güve gözleri geniş bir dalgaboyu aralığında, neredeyse gelme açısından bağımsız olarak yansıtmama özelliği gösterir. Cicada sineğinin kanatlarında da benzer bir yüzey yapısı mevcuttur. Su sevmeyen özellik gösteren yüzey yapısı sayesinde Cicada sineğinin kanatları kirlenmeme fonksiyonuna sahiptir. Bu tez çalışması kapsamında güve gözlerinde ve cicada sineğinin kanatlarında bulunan bu özel yüzey yapısı taklit edilerek, geniş bir dalgaboyu aralığında etkin performans gösteren ve aynı zamanda kendi kendini temizleme fonksiyonuna da sahip olan silisyum temelli yansıtmayan ince film kaplamaların geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Kristal yapıdaki silisyum güneş pili uygulamalarında kilit role sahip olan bir malzemedir. Bununla birlikte yüksek kırıcılık indisine sahip olması nedeniyle yüzeyine gelen ışık ışınlarının % 30’undan fazlasını geri yansıtır. Bu durumdan kaynaklanan enerji kayıplarını azaltmak üzere endüstride standart olarak plazma destekli kimyasal buhar biriktirme yöntemiyle imal edilen silisyum nitrit tabanlı ince film yansıtmayan kaplamalar kullanılır. Bu kaplamalar imalat süreçlerinin pahalıya mal olması yanında genellikle 600 nanometre civarındaki dalgaboylarında etkin performans gösterebilirler. Yakın kızılötesi ve görünür dalgaboyu rejimi için geriyansıtmadan kaynaklanan enerji kayıplarında hızlı bir yükseliş söz konusudur. Buna karşın güve gözleri taklit edilerek üretilen ince film yansıtmayan kaplamalar geniş bir dalgaboyu aralığında etkin olarak çalışırlar. Görünür ışığın dalgaboyu altında bir periyodisiteye sahip nanoyapılı silisyum yüzeyler bugüne kadar elektron ışın demeti litografisi, nanobaskı litografisi ve arayüz litografisi gibi çeşitli yukarıdan aşağıya imalat yöntemleri kullanılarak üretilmiştir. Fakat, bahsedilen bu yöntemlerin hem sofistike cihazlar gerektirmesi hem de üretim maliyetlerinin yüksek olması endüstriye uygulanabilirliklerini kısıtlamaktadır. Yakın zamanda Florida Üniversitesi’nden Dr. Peng Jiang liderliğindeki araştırma grubu biyobenzetim yöntemiyle cam ve silisyum malzeme tabanlı yansıtmayan ince film kaplamaların imalatına yönelik olarak kolloidal şablonlama temelinde bir yaklaşım geliştirmiştir. Bu yaklaşım basit ve ölçeklenebilir bir spin kaplama tekniği esasına dayanmakta ve böylelikle kolloidal kristallerin birbirine değmeyen bir yerleşim düzeni içerisinde standart altlık malzeme üzerine kaplanması mümkün hale gelmektedir. Geliştirilen kolloidal şablonlama prosedüründe ilk önce homojen boyut dağılımına sahip ve görünür ışığın dalgaboyundan daha küçük ortalama boyutlarda olmak üzere SiO2 kolloidal partikülleri sentezlenir. Daha sonra bu partiküller ETPTA monomeriyle karıştırılır. Bu karışıma gerekli miktarda fotobaşlatıcı madde eklendikten sonra, hazırlanan çözelti spin kaplama yöntemiyle silisyum altlık malzemesi üzerine kaplanır. Spin hızı ve zamanı kaplamanın tek katmanlı olmasını sağlamak üzere ayarlanmalıdır. Spin kaplama işleminden sonra, monomerin fotopolimerizasyonunu sağlamak üzere kaplama kısa dalgaboylu ultraviyole ışıması altında kürlenir. Bu aşamadan sonra ardışık O2 ve SF6 kuru reaktif iyon aşındırma prosesleri uygulaması sonucunda silisyum altlık malzemesinin yüzeyinde istenen desen oluşturularak şablonlama işlemi tamamlanmış olur. Tezin amacını gerçekleştirmek için gerekli olan fabrikasyon işlemlerinin ilk basamağında dar bir boyut toleransına sahip olan 500 nanometrenin altındaki boyutlarda küresel SiO2 kolloidal partiküllerinin sentezlenmesi amaçlanmıştır. Sentez işlemi için Stöber tarafından önerilen sol-jel benzeri yöntem kullanılmıştır. Sentez prosesi sırasında silisyum kaynağı olarak tetraetil ortosilikat (TEOS), katalizör olarak amonyum hidroksit, hidroliz için ultra saf su ve çözücü olarak da etanol kullanılmıştır. Geniş bir başlangıç reaktif derişimleri aralığında (TEOS: 0.15-0.25 M, NH4OH: 0.25-2.75 M, H2O: 0.5-17.0 M) ve farklı reaksiyon sıcaklıklarında (25-35 °C) çok sayıda deney yapılarak her bir etkenin sentezlenen son partikül boyutu ve partikül boyut dağılımı üzerindeki etkisi saptanmıştır. Elde edilen sonuçlar hem partikül şekli hem de partikül boyut dağılımı açısından oldukça başarılıdır. Deneysel çalışmalar sırasında ilk aşamada su ve tetraetil ortosilikat konsantrasyonlarının küresel SiO2 kolloidal partiküllerinin ortalama boyutu ve boyut dağılımı üzerindeki etkileri detaylı olarak incelendi. Bu inceleme kapsamında 0.75 M sabit amonyum hidroksit konsantrasyonunda ve kontrollü oda koşullarında (22 ±1 °C) toplam 26 adet deney yapıldı. Tetraetil ortosilikat konsantrasyonu ilk 13 deney için 0.15 M, ikinci 13 deney için ise 0.25 M değerine sabitlendi ve her iki deney serisi için de su konsantrasyonu 0.5-17 M aralığında yavaş yavaş arttırıldı. Düşük su konsantrasyonunda (0.5 M) yapılan iki adet deneyin sonucunda küresel olmayan şekle sahip SiO2 partikülleri sentezlenmiştir. Geri kalan 24 adet deneyin sonucunda ise 43.8-469.2 nanometre ortalama boyut aralığında küresel SiO2 kolloidal partikülleri başarıyla sentezlenmiş, ayrıca partikül boyut dağılımı için elde edilen en yüksek standart sapma değeri % 17.6 olarak gerçekleşmiştir. Su konsantrasyonunun kademeli olarak arttırılması ilk etapta ortalama partikül boyutlarının artmasına neden olmuştur. Bu artış sonucunda 7 M su konsantrasyonu civarında en yüksek ortalama partikül boyutları elde edilmiştir. Su konsantrasyonunun daha da arttırılması ortalama partikül boyutlarını düşürücü etki göstermiştir. Tetraetil ortosilikat konsantrasyonunun 0.15 M’dan 0.25 M’a yükseltilmesi 3 M’dan daha yüksek su konsantrasyonlarında daha büyük SiO2 kolloidal partiküllerinin sentezlenmesine sebep olmuştur. Deneysel çalışmaların ikinci aşamasında amonyum hidroksit konsantrasyonu ve reaksiyon sıcaklığının küresel SiO2 kolloidal partiküllerinin ortalama boyutu ve boyut dağılımı üzerindeki etkileri toplam 12 adet deney yapılarak kapsamlı bir biçimde araştırıldı. Bu deneyler için tetraetil ortosilikat ve su konsantrasyonları sırasıyla 0.15 ve 3 M olarak belirlendi ve iki farklı reaksiyon sıcaklığında (25 ve 35 °C) çalışıldı. Her iki reaksiyon sıcaklığında 6 adet deney yapıldı ve bu deney setlerinin içerisinde amonyum hidroksit konsantrasyonu 0.5 M’lık artışlarla 0.25-2.75 M aralığında değiştirildi. Düşük amonyum hidroksit konsantrasyonunda (0.25 M) yapılan iki adet deneyin sonucunda küresel partikül şekli elde edilememiştir. Geri kalan 10 adet deneyin sonucunda 79.6-492.4 nanometre ortalama boyut aralığında küresel SiO2 kolloidal partikülleri boyut dağılımında maksimum % 11.4’lük bir standart sapma değeri ile sentezlenmiştir. Küresel SiO2 kolloidal partiküllerinin ortalama boyutlarında 0.75-2.25 M amonyum hidroksit konsantrasyonu aralığında sanki-doğrusal bir artış eğilimi gözlenmiştir. En yüksek ortalama partikül boyutu değerlerine 2.25 M amonyum hidroksit konsantrasyonunda ulaşıldıktan sonra amonyum hidroksit konsantrasyonunun daha da arttırılması ortalama partikül boyutlarında düşmeye neden olmuştur. Reaksiyon sıcaklığının 25 °C’den 35 °C’ye çıkartılması ortalama partikül boyutlarını düşürücü etki göstermiştir. Fabrikasyon işlemlerinin ikinci basamağında ise literatürde sunulan bir yöntem kullanılarak daha önce sentezlenen homojen boyut dağılımına sahip farklı boyutlardaki SiO2 kolloidal partikülleri ETPTA monomeriyle karıştırılarak, spin kaplama metoduyla silisyum altlık üzerine tek tabaka olarak kaplanacaktır. Bu kaplama ultraviyole (UV) ışığıyla kürlendikten sonra reaktif iyon aşındırma prosesinde maske olarak kullanılacak ve böylelikle silisyum altlık yüzeyinde doğadakine benzer bir yüzey yapısı oluşturulacaktır. Son olarak hazırlanan yüzeylerin reflektans ve temas açısı karakterizasyonları yapılacaktır. Üretim yönteminin daha düşük maliyetli olması ve üretilen kaplamaların daha geniş bir dalgaboyu aralığında yüksek performans göstermesi nedeniyle, sunulan yöntemin halihazırda plazma destekli kimyasal buhar biriktirme yöntemiyle (PECVD) üretilen SiNx tabanlı ince film yansıtmayan kaplamaların yerini alabileceği düşünülmektedir.
-
ÖgeNanokristalize Edilmiş Amorf Silisyum İnce Filmlerin Magnetron Saçtırma Yöntemi İle Büyütülmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-09-11) Cengiz, Elif Ceylan ; Kayalı, Eyüp Sabri ; 10015298 ; Nanobilim ve Nanomühendislik ; Nanoscience and NanoengineeringBu çalışmada nanokristalize edilmiş amorf silikon ince filmlerin sentezi yapılarak, güneş pili uygulaması için geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda, çalışma sırasında DC Magnetron Saçtırma ve RF Magnetron Saçtırma cihazları kullanılmıştır. İlk olarak DC-Magnetron Saçtırma cihazı ile 1 Watt, 4 Watt, 10 Watt ve 15 Watt değerlerinde, titanyum biriktirilmiş silikon altlık üzerine, 18 °C ortam sıcaklığında, 300 Å kalınlığında silikon kaplama yapılmıştır. Daha sonra 1 Watt için 2 sccm ile 20 sccm ve 15 Watt için ise 0.8 sccm ile 20 sccm argon akış hızlarında kaplamalar yapılmıştır. Bu çalışmalardan sonra RF güç kaynağına geçilmiş ve bu sefer de kullanılan silisyum toz hedef malzemesi haricinde sisteme bir de altlık olarak kullanılan tek kristal silisyum altlık hedef malzemesi olarak eklenmiştir. Her bir hedef malzemesi için 10 Watt, 15 Watt ve 150 Watt güç değerlerinde kaplamalar yapılmıştır. Ardından RF gücünde üretilen ve her iki hedef malzemesinin de kullanıldığı iki ayrı numune üretilip, 800 °C’ de birer saat tavlama işlemi yapılmıştır. Yapılan her kaplama işleminin ardından numuneler vakum ortamından çıkarılmadan X-Işını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) ile karakterize edilmiştir. Daha sonra numunelere Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), Raman Spektroskopisi, X-Işınları Difraksiyonu (XRD) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) cihazları ile karakterizasyon işlemleri yapılmıştır. Yapılan tüm bu işlemler sonucu, karakterizasyon sonuçlarının ışığında önce yapıda amorf silisyumun eldesi sağlanmış, ardından yapılan tavlama işlemi ile beraber hedeflenen nanokristal silisyum elde edilmiştir.
-
ÖgeTungsten Oksit Tabanlı Kromojenik Sistemlerin Üretimi Ve Analizi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-09-13) Mohsenı, Amin Tabatabaeı ; Zayim, Esra Özkan ; 10006232 ; Nanobilim ve Nanomühendislik ; Nanoscience and NanoengineeringFotokromizm (PC) geri dönüşümlü renk değişimi olarak tanımlanır, ya da daha genel olarak morötesi veya görünür ışığın soğurulmasının bir sonucu olarak malzemenin renginin değişmesidir. Fotokromizm, optik cihazların aktif elmanı olarak, veri kaydı ve saklama işlemlerinde, çok renkli ekranlarda, optik bellek ve yüksek hızlı fotonik anahtarlarda, optik iletişim için polarizasyon cihazlarında ve ışık bölücülerde, görüntü işleme ve filtrelerde yüksek kullanım potansiyeline sahiptir. Bu nedenle bu tip malzemeler üzerindeki araştırmalar halen yoğun olarak devam etmektedir. Prensip olarak, hem inorganik hem de organik maddeler fotokromik özellik gösterebilir. Tungsten oksit, nispeten yüksek stabilitesi, dayanıklılığı, çok fonksiyonlu özelliklerinin yanı sıra yüksek renk verimliliği nedeniyle inorganik maddeler arasında kromojenik uygulamalar için en iyi aday olarak kabul edilmiştir. Üstün özelliklerinden ötürü tungsten oksidin hem fotokromik özellikleri hem de elektrokromik özellikleri Deb’in amorf WO3’ün fotokromik özelliklerini ile ilgili çalışmasından bu yana detaylı olarak incelenmiştir. Geleneksel olarak tungsten oksit, elektrodepozisyon, vakum biriktirme, termal buharlaştırma, püskürtme, sol-jel, moleküler ışın epitaksi (MBE), fiziksel buhar biriktirme (PVD), kimyasal buhar biriktirme (CVD) gibi çeşitli tekniklerle farklı şekillerde hazırlanabilir. Buna ek olarak, elektrospin ve damlacık çekme tekniklerinin gelişmesi, araştırmacılara sırasıyla tungsten oksit nanolifler ve mikrofiberler hazırlama imkânını sunmuştur. Tungsten oksit filmler (WO3) bugüne kadar üzerinde en çok çalışılan elektrokromik malzeme olmuştur. Tungsten oksit filmler gerilim uygulandığında tersinir olarak saydam halden mavi hale dönerler. Deb tarafından 1969’da ilk defa tungsten oksitin elektrokromik özellikleri rapor edildiğinden bu yana pek çok farklı elektrokromik malzeme farklı kaplama yöntemleri ile kaplanmıştır. Renklenme mekanizmasının esaslarını anlamak için tungsten oksit filmler en ideal malzemelerdir, çünkü; tungsten oksit filmler; termokromizm, fotokromizm ve elektrokromizm gibi çeşitli tiplerde renklenme özellikleri gösterirler; diğer elektrokromik malzemelerden çok daha detaylı çalışılmışlardır; bugüne kadar çalışılan çoğu elektrokromik cihazda en uygun optik fonksiyon gösteren tabaka olmuştur. Elektrokromik özellik gösteren diğer metal oksitlerin pek çoğunun fizik ve kimyası oldukça benzerdir; bu nedenlerle tungsten oksit filmler, optik olarak aktif tabakaların ana özelliklerini açıklıyabilmek için güvenilir bir modeldir. Bütün bu nedenlerden ötürü tungsten oksit filmlere olan ilgi hala sürmektedir. Tungsten oksidin elektrokromik özellikleri önemli ölçüde çalışılmasına rağmen, fotokromik özellikleri elektrokromizm kadar dikkat çekmemiştir. Bunun sebebi tungsten oksidin ışığın etkisi ile renk değişiminin tersinirliğinin uzun ömürlü olmamasıdır ve bu nedenle tungsten oksidin fotokromik alanında kullanımı sınırlıdır. Genel olarak, tungsten oksit tersinir renk değiştirme özelliğinden ötürü elektrokromik sistemler tercih edilmiştir. Elektrokromik sistemlerin en yaygın tasarımı yedi katmanlı olan yapısıdır (elektrot, elektrolit ve diğerleri). Ayrıca güç kaynağı gereksinimi bulunmaktadır. Geri dönüşü olmayan renk değişimine rağmen fotokromik sistemler daha az zahmetli olan iki katmanlı üretim şekilleri sebebiyle elektrokromik sistemlere göre daha uygun bulunmaktadır ve güç kaynağı gereksinimi bulunmamaktadır. Tungsten oksit filmler kaplama yöntemine ve kaplama parametrelerine bağlı olarak çok farklı elektriksel ve optik özellikler sergilemektedir. Bundan ötürü bu çalışmada farklı yöntemlerle filmler kaplanmış ve kaplama parametreleri değiştirilip tungsten oksit filmlerin yapısal, optik ve elektrokromik özellikleri araştırılmıştır. Deneysel kısmın ilk kısmında, tungsten oksit ince filmler WCl6, W metal tozu ve AIPTA olmak üzere farklı başlangıç malzemeleri kullanılarak elektrodepozisyon yöntemi ile ITO kaplı camlar üzerine kaplanmıştır. Filmlerin kalınlıkları mümkün olduğunda aynı tutulmaya çalışılmıştır. Elektrodepozisyon yöntemiyle elde edilen tungsten oksit filmlerin optik ve yapısal analizleri yapılmıştır. WCl6 başlangıç malzemesi ile tungsten oksit filmler hızlı, zahmetsiz ve az malzeme israfi ile düzgün şekilde kaplanmıştır. WCl6 başlangıç malzemesi ile tungsten oksit filmler çalışmanın ikinci bölümünde sol-jel yöntemiyle kaplanmıştır. Deneysel kısmı ikinci aşamasında filmler sol-jel yöntemlerinden olan daldırma yöntemi ile WCl6 başlangıç malzemesi ile Corning cam taşıyıcılar üzerine kaplanmıştır. Bu aşamada literatürde çok yaygın olarak kullanılan WCl6 ve etanol ile hazırlanan reçete kullanılmış ve SEM, XRD, EDS ve UV-Vis. Spektrofotometresi alınarak filmlerin optik, yapısal ve kimyasal analizleri yapılmıştır. Sol-gel yöntemi diğer kaplama yöntemlerine kıyasla daha basit, hızlı ve daha az malzeme kullanıldığı için ekonomiktir. Sol-gel yöntemi ile metal oksitleri ya da organik moleculeri birbirine karıştırarak kaplama yapmak mümkündür. Daha gözenekli filmler de kolaylıkla elde edilmektedir. Bu avantajlarından ötürü sol-gel yöntemi ile tungsten oksit filmler hem daldırma hem de döndürme yöntemleri ile kaplanmış ve karakterizasyonları yapılmıştır. Şimdiye kadar, tungsten oksit yapılar tungsten hekzaklorür, metalik tungsten tozu, WO3 tozu, tungsten (IV) izopropoksit, tungstik asit tozu, W metali gibi birçok farklı başlangıç malzemeleri kullanılarak sol-jel, elektrodepozisyon, vakum buharlaştırma, sıçratma vb gibi farklı kaplama yöntemleri ile elde edilmişlerdir. WCl6 başlangıç malzemesi kullanılarak hem elektrodepozisyonla hem de sol-jel yöntemi ile tungsten oksit filmler hazırlanmış ve detaylı olarak optik, yapısal karakterizasyonları yapılmıştır. Çalışmanın üçüncü aşamasında, tungsten hekzaklorür (WCl6) ve polivinilpirrolidon (PVP) organik/inorganik moleküllerin karışımı ile ince film ve mikroyapılar elde edilmiştir. Bu reçete literatürde daha önce bilinen yöntemler üzerine çeşitli avantajlar sağladığı gözlenmiştir. Bunlar şu şekilde özetlenebilir: İlk olarak, tersinir renk değişikliği gösteren filmler ve mikroyapıların elde edilmesine imkan vermektedir. İkincisi, ince filmden, mikro ve nanoliflere kadar farklı boyutlarda tungsten oksit yapıları elde etme imkanı vermektedir. Nanolifler, mikrolifler ve ince filmler farklı metotlar kullanılarak elde edilmiştir (elektrodepozisyon, döndürme ve daldırma kaplama, damlacık çizim ve elektrodöndürme gibi). Bu yapılar kağıt, cam, metal gibi pek çok farklı yüzeye uygulanabilmiştir. Bu reçete ile hazırlanan tungsten oksit yapıların optik ve elektrokimyasal analizleri, bu filmlerin ve liflerin büyük optik modülasyona ve yüksek tersinirliğe sahip olduğunu göstermiştir. Sonuç olarak, bu reçete ile hazırlanan tungsten oksit filmler ve mikrolifler tersinir fotokromik özellikler sergilemişlerdir. Deneysel bölümün son kısmında, tungten oksit nanolifler ve mikrolifler, WCl6 ve W metal tozu başlangıç malzemesi kullanılarak metal, cam, ITO kaplı cam taşıyıcılar üzerine elekrodöndürme yöntemiyle toplanmıştır. AIPTA başlangıç malzeme kullanılarak mikro ve nanolifler elde edilememiştir. Tungsten oksit mikro ve nanolif oluşturma parametreleri optimize edilmiştir. Daha sonra bu tungsten oksit liflerin altlıklara tuturulması ısıl işlem ile iyileştirilmiştir. Tungsten oksit lifleri elde etmek için 500oC’de kalsinasyon işlemi uygulanmış ve ortamdaki polimer uzaklaştırılmıştır. SEM, XRD, FTIR, XPS, UV-Vis. Spektrofotometre cihazları kullanılarak bu tungsten oksit yapıların, mikroyapısal, optik ve kimyasal analizleri detaylı olarak yapılmıştır. Özellikle WCl6 başlangıç malzemesi ile elde edilen tungsten oksit/PVP mikrolifler ve filmler üstün fotokromik özellikler sergilemiştir. UV aydınlatmaya maruz bırakılan bu tungsten oksit yapılardan, tersinir ve yüksek ömre sahip PC sistemler elde edilmiştir.
-
ÖgeSusuz Ortamda Lifepo4 Nano Toz Üretimi Ve Karakterizasyonu(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2014-01-31) Toprak, Yahya ; Saraç, A. Sezai ; 10025760 ; Nanobilim ve Nanomühendislik ; Nanoscience and NanoengineeringBu çalışmada, nanoboyutlu homojen LiFePO4 partikülleri üretimi için, su içermeyen çözeltilerin çöktürmesi yöntemi kullanılarak elde edilen tozlar termogravimetrik analiz (TGA) yöntemi ile bozunma sıcaklık ve süreleri belirlenmiştir. Elde edilen bu tozlar, kristal yapısı ve fazlar incelenmek üzere X-ray diffraksiyonu (XRD) analizine tabi tutulmuştur. Bu tozlar polimerik çözeltilere daldırılarak faklı oranlarda (% 5-20) iletken karbon katmanları ile kaplanmıştır. Tozların yüzey özellikleri ve belirlenmek üzere, azot (N2) gazı altında Brunauer-Emmett-Teller (N2-BET) yöntemi ile ölçümler gerçekleştirilmiş ve gözenek boyutları Barret–Joyner–Halenda (BJH) modeline göre hesaplanmıştır. Üretilen iletken karbon kaplı LiFePO4 nano tozların elektriksel iletkenlik ölçümleri AC (33Hz) 4-uç tekniği ile ölçülmüştür. Tozların yüzey morfolojisi ve görüntüleri taramalı elektron miktoskopu (SEM) ile incelenmiştir. Raman spektroskopisi ve EDAX analizleri ile malzeme içeriği incelendi. Malzemelerin potensiyel değişime karşılık gösterdiği tepkimeleri, kapasite ve yüklü iyon taşınımı reaksiyonlarını gözlemlenmiştir.üzere pillerin elektrokimyasal analizleri AC voltaj uygulanarak 10 mHz ile 100 kHz frekans arasında 5 mV tarama hızı ile oda sıcaklığında gerçekleştirilmiştir.