LEE- Tekstil Mühendisliği-Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 12
-
ÖgeTextile-based soft robotics for active assistance and rehabilitation(Graduate School, 2024-07-10)Recent advancements in the field of robotics have proven that soft robots can be used as wearable supports for neuromuscular disorders due to their compliance and ability to imitate complex motions. Soft pouch motors, engineered to mimic the natural movements of skeletal muscles, play a crucial role in advancing robotics and exoskeleton development. However, fabrication techniques often involve multi-stage processes; they lack soft sensing capabilities and are sensitive to cutting and damage. Previous research showed that elastomeric, i.e. silicone, soft pneumatic actuators have a great potential to create soft-wearable robotic devices for these applications. Nevertheless, it takes time to manufacture these types of actuators due to long preparation times. Although silicone-based materials have favorable properties, such as heat, chemical resistance, and the capacity to conform to different range motions, they do present challenges in terms of material density, stiffness, and strength. This work introduces a new textile-based pouch motors with the capacity for biaxial actuation and capacitive sensory functions, achieved through the application of computerized knitting technology using ultra-high molecular weight polyethylene yarn (Spectra®) and conductive silver yarns. This method enables the rapid and scalable mass fabrication of robust pouch motors. The resulting pouch motors exhibit maximum lifting capacity of 10 kilograms, maximum contraction of 53.3% along the y-axis, and transverse extension of 41.18% along the x-axis at 50 kPa pressure. Finite Element Analysis (FEA) closely matches the experimental data, validating the design and performance of these pouch motors. The capacitance signals in relation to contraction motion are well-suited for detecting air pressure levels and hold promise for applications requiring robotic control. A practical demonstration of the potential of these pouch motors is showcased through the development of a soft ankle exosuit designed to provide lifting support for individuals with foot drop, a condition that impairs the ability to lift the front part of the foot. The exosuit effectively elevates an ankle joint simulator to a 20-degree angle. Moreover, the application of approximately 35 degrees of dorsiflexion torque to a human foot has been successfully achieved under a pressure of 50 kPa, highlighting its potential in assisting with mobility challenges. This study underscores the importance of incorporating both actuation and sensing capabilities in soft robotic systems, which can significantly enhance functionality and user experience. This work not only advances the field of soft robotics but also offers a solution for improving the quality of life for individuals with impaired muscle function. Through the integration of robust, scalable fabrication techniques and advanced materials, this research paves the way for the next generation of assistive devices, promising greater independence and mobility for users. The most challenging aspect of this work was to provide dorsiflexion movement to the foot through a textile-based actuator. Therefore, numerous preliminary studies and methods were attempted to achieve this goal. These preliminary studies evaluated actuators that generated insufficient force for lifting the foot and were applied in exoskeleton-assisted glove applications for the hand. These studies were included in the "Previous Works" section of the thesis. Moreover, healthy individuals naturally perform the gait phases of "heel strike," "stance," "heel off," and "swing" during walking. When the swing phase begins, the ankle dorsiflexes, lifting the toes off the ground to ensure the continuity of the walking cycle, which starts with the heel strike. During the preliminary studies, a novel interdigital capacitive textile sensor was developed using knitting technology to analyze gait through human knee movements. The details of this study are included in the "Previous Works" section. However, controlling the robotic system using this sensor proved to be complex. Therefore, a simpler method was implemented: a textile-based presence/absence sensor placed on the heel. This approach simplified the control system, making it more manageable.
-
ÖgeDevelopment of e-textile based RFID enabled moisture sensor for wearable technologies(Graduate School, 2024-01-12)The applications of e-textiles are progressively expanding with the advancements in technology on a daily basis. Particularly versatile, wearable, flexible, light, thin and small electronic structures can be seamlessly employed across diverse domains, owing to the incorporation of textile materials. It is noteworthy that the sensors used in heart rate, respiratory rate monitoring, sweat and wetness detection used in health monitoring areas have recently consisted of textile-based electronic structures. Although there are many sensor structures used for wetness detection, the disadvantages of their usage are that these structures are generally rigid, hard, large and uncomfortable. Instead of these sensors, thin, flexible, light, textile-based sensors that are compatible with the user's movement are needed. On the other hand, studies indicate that the world population is gradually aging and urinary incontinence is becoming more common health problem in aging people. For these reasons, structures that detect urinary incontinence on time are needed for sick elderly individuals in terms of both personal comfort and health of users, and to alleviate the workload of their caregivers. This thesis aims to develop a textile-based, wearable, flexible, lightweight and comfortable RFID enabled moisture sensor structures that detects moisture and wetness while transmitting RF signals. Furthermore, the objective lies on printing techniques and ink formulations for crafting these sensors. This thesis consists of three articles, arranged by paying attention to the integrity of the scope. All of the articles given within the scope of the thesis are original and add innovation to the literature. In the articles, important and unique results of the thesis topic are discussed. In the first article, the design of a humidity sensor for wetness detection with respect to design criteria found in the literature research, was presented. The designed humidity sensor was printed on a polyamide-based taffeta label fabric using PEDOT:PSS conductive polymer by inkjet printing method. Ink characterizations were carried out to make PEDOT:PSS polymer suitable for inkjet printing. Sensor performance was measured in a closed humidity chamber where the relative humidity is controlled by an automatic humidifier against change in electrical resistance values of the sensor. Response and recovery times, sensitivity and repeatability of the sensor sensor were also measured. The humidity sensor was integrated onto the diaper to detect urinary incontinence. The variations in electrical resistance values of the sensor were analyzed by exposing it to varying quantities of an urine-like water solution, applied to the sensor integrated onto the diaper. The second article examines the UHF-RFID antenna performance of the proposed sensor structure. The sensor structure designed in this article was printed on polyamide-based taffeta label fabric using silver nanoparticle ink by pad printing method with different print passes. The importance of the sintering process was investigated and its effect on the results presented in the article was discussed. While the sintering process was applied to one group of sensor samples, the sintering process was not applied to the other group for comparison. UHF-RFID antenna performance of all samples was examined using a vector network analyzer. In addition to impedance measurements, gain and bending measurements of the textile antennas were carried out in order to show the antennas' flexibility. It has been determined that the sensor samples exposed to the sintering process operate as antennas. Finally, the third article encompassed the execution of an RFID sensor design capable of serving dual roles as both a sensor and an antenna. The proposed structure was designed using the CST Studio program, aiming to operate at 867 MHz according to European band. The RFID sensor was printed on polyamide-based taffeta label fabric by pad printing method using silver nanoparticle ink. A chip was integrated onto the structure so that the RFID sensor operates at the targeted frequency. The RFID sensor was integrated onto the diaper considering the real usage environment. RSSI measurements were made using both near-field RSSI measurement setup and highly antenna arrays. Additionally, the strength of the proposed structure was investigated by applying bending simulation and deformation tests. RSSI changes of the structure were examined by dropping distilled water, salt water and artificial urine solutions to simulate urinary incontinence. In addition, the maximum reliable reading range was determined by changing the distances between the RFID sensor and the reader antenna. In summary, all three articles presented within the scope of the thesis contribute to the literature separately. The articles reveal that the thesis topic and the results obtained as a result of the studies are original and innovative. The fact that the thesis topic is up-to-date and coupled with its relevance to personal health monitoring makes the results of the study important for everyone. The outcomes delineated in the articles and the devised sensors carry profound significance in addressing the contemporary issue of urinary incontinence-wetness detection. Moreover, it is anticipated that the findings of this thesis will serve as a guiding source for researchers in this field.
-
ÖgeBimodal fonksiyonel dokusuz hava filtrelerinin üretimi ve geçirgenlik özelliklerinin karakterizasyonu(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-12-14)Nüfus artışı ve hızlı sanayi gelişimi nedeniyle temiz havaya olan ihtiyaç artmaktadır. Katı partikül maddeler, organik maddeler ve salgın hastalıklara yol açan ajanları (mikrop, virüs vb) içinde barındıran kirli hava, insan sağlığı için önemli bir tehdit oluşturmaktadır. Mikro ve nano ölçekteki PM10, PM2.5, PM1.0 ve PM0.3 olarak kategorize edilen Partikül Maddeler (PM), hava kirliğinin kaynaklarıdır. Partikül maddeler solunum sisteminde alveollere kadar nüfuz edebildikleri için kanser dahil çeşitli hastalıklara yol açabilmektedir. Dünya Sağlık Örgütü'ne (DSÖ) göre, her yıl 10 mikrometreden daha küçük parçacıkları içeren kirli havaya uzun süre maruz kalan 4 milyondan fazla kişi hayatını kaybetmektedir. Bu nedenle, bu parçacıkların havadan uzaklaştırılması/filtrelenmesi gerekmektedir. Filtreleme işlemi, havanın, nano- veya mikrogözeneklere sahip filtre yüzeylerinden geçirilerek, partikül maddelerin ayrıştırılma süreci ile tanımlanmaktadır. Özellikle hastanelerdeki yoğun bakım üniteleri, ameliyathaneler ve hastaların bulunduğu tüm ortamlarda havayı filtrelemek için HEPA veya ULPA filtreler kullanılmaktadır. Bunun yanında, yüksek seviyede PM bulunan ortamlarda çalışan kişilerin yüz maskelerini kullanmaları büyük önem arz etmektedir. Nano- ve mikro gözenekli dokusuz yüzeyler, solunan havanın zararlı etkilerini en aza indirmek için filtreler ve yüz maskeleri gibi filtrasyon yüzeylerinin üretiminde kullanılmaktadır. Nanolifli yüzeylerdeki gözenek boyutları da nano seviyelerdedir, dolayısıyla bu tür filtrelerle nano boyuttaki PM'leri filtrelemek mümkündür. Bu nedenle, hava filtrelemesi için nanolifli filtreler, mikrolifli filtrelere göre daha yüksek filtrasyon verimliliği (ղ) sunarlar. Çok ince nanoliflerden (65 nm'nin altında) meydana gelen filtre yüzeyleri, nanoliflerin yoğun bir şekilde paketlenmesi ile yüksek katılık değerine ulaşabilmektedir. Bu durum, havanın filtre yüzeyinden geçmesini zorlaştıraraak basınç düşüşü değerini artırıp, filtre yüzeyinin hızla tıkanmasına ve partiküllerin etkili bir şekilde filtrelenmesine engel olmaktadır. Bu durum, filtre yüzeyinin hızla tıkanarak havanın filtre yüzeyinden kolay bir şekilde geçmesine engel olur. Filtre yüzeylerinin hızlı bir şekilde tıkanmasını ve yüksek basınç düşüşü değerleri göstermesini engellemek için, nano- ve mikroliflerin biraraya gelerek oluşturduğu bimodal (Tez başlığında yer alan bu terim tüm çalışma boyunca yaygın kullanılacak bir terimdir. Filtre yüzeyinde iki farklı ortalama kalınlığa (çapa) sahip liflerin mevcut olduğunu ifade eder.) filtre yüzeyleri ön plana çıkmaktadır. Bimodal filtre yüzeylerinin yapısında nano- ve mikroliflerin birlikte bulunmasından dolayı, hava akış değerleri geniş bir Knudsen aralığında yer almaktadır. Bu sayede filtre yüzeyinden hava akışı daha kolay gerçekleşir. Filtre yüzeyinde mukavemeti daha yüksek olan mikroliflerin varlığı filtre yüzeyinin mekanik dayanıklılığını artırmaktadır. Bimodal yapıdaki yüzeyler kullanılarak, yüksek ղ, düşük basınç düşüşü (∆P) ve yüksek mekanik dayanıklılığa sahip filtre yapıları elde edilir. Literatürdeki bimodal filtre yapısı üzerine yapılan ilk çalışmalar genellikle simülasyon veya teorik hesaplamalara dayanmaktadır. Bimodal lif üretimine yönelik ilk çalışmalar, eriyikten üfleme (MB) yöntemi kullanılarak elde edilmiştir. Eriyikten üfleme yöntemini kullanan çalışmalarda, farklı erime sıcaklıklarına ve molekül ağırlıklarına sahip iki farklı polimerin ayrı ayrı ekstrüderlerden, tek bir ekstrüderden veya iki polimerin düze deliğinde buluşmasıyla elde edilen denizde adacık (Island in the sea) tipi liflerden oluşan yüzeylerin elde edildiği gösterilmiştir. Ayrıca literatürde, bimodal yapıların, kalın lif katmanları ve ince lif katmanlarının tabakalı bir şekilde oluşturulduğu çalışmalar da bulunmaktadır. Bu konudaki en dikkat çekici olan çalışmalar, yapısında nanonet içeren çalışmalardır. Bunlara ek olarak, literatürde elektro-üretim ve melt-blowing (MB) yöntemlerinin kombinasyonuyla filtre yüzeyi oluşturan bimodal çalışmalar da bulunmaktadır. Bu çalışmalarda çeşitli polimerler kullanılmaktadır. Çözeltiden üretilen lifli yüzeyler, genellikle poliviniliden florür (PVDF), poliakrilonitril (PAN), termoplastik poliüretan (TPU), poliamid-6 (PA-6), poliamid-6.6 (PA-6.6), polivinil alkol (PVA), politetrafloroetilen (PTFE) gibi sentetik polimerlerden veya jelatin, kolajen, kitosan, karboksimetil selüloz gibi doğal kökenli polimerik malzemelerden elde edilebilir. MB yöntemi kullanılarak eriyikten elde edilen lifli yüzeyler ise polyester (PET), polipropilen (PP), polibütilen tereftalat (PBT), polilaktik asit (PLA) gibi çeşitli termoplastik polimerlerden veya cam yünü gibi doğal kökenli malzemelerden elde edilebilir. Bu çalışma kapsamında öncelikle PVDF'ten üretilen nanoliflerin malzeme ve üretim sistemi parametrelerinin optimizasyonu üzerinde durulmuş ve PVDF bazlı elektret (Bu çalışma kapsamında elektret kelimesi yaygın kullanılmaktadır. Bu terim polimerlerin yüzeylerine uygulanan harici etkenler nedeniyle polimer zincirindeki serbest uçların polimer yüzeyine yönlenmesiyle oluşan negatif veya pozitif yüklerle yüklenmesini ifade eder.) nanolifli yüzeylerin elektro-üfleme yöntemi ile üretimi optimize edilmiştir. Deneysel parametreler, Taguchi üç düzeyli L9 ortogonal tasarımı kullanılarak sistemli bir şekilde oluşturulmuş ve ANOVA ile istatistiksel olarak analiz edilmiştir. Bu bağlamda, incelenen parametreler çözelti konsantrasyonu, hava basıncı ve elektrik alan olmuştur. Bu parametreler arasında, lif çaplarını en çok etkileyen faktörlerin çözelti konsantrasyonu ve elektrik voltajı olduğu belirlenmiştir. En ince nanolifli filtre yüzeyini (124±71 nm) üreten optimum parametreler, sırasıyla %9 çözelti konsantrasyonu, 2 bar hava basıncı ve 30 kV elektrik voltajıdır. Ayrıca, numunelere uygulanan korona deşarj işlemi, kalite faktörlerinde %70'in üzerinde bir iyileşmeye neden olmuştur. Elektret filtre üretimine yöntelik araştırmalarımızda korona deşarjı ile polarizasyonunun oluşum mekanizmasını çözümlemek amacıyla yapılan bir başka çalışmada PVDF bazlı nanolif nanojeneratörler, elektro-üfleme (EB) yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Bu çalışmada uygulanan elektrik voltajı ve hava basıncının, lif morfolojisi ve piezoelektrik özellikleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. 2 bar basınç altında üretilen numuneler, 3 bar basınç altında üretilen numunelerden daha ince lif çaplarına sahip olmuştur. Ayrıca, β-faz yüzdesi, uygulanan voltajın artmasıyla artmıştır. En yüksek β-faz yüzdesi, 2 bar hava basıncı ve 30 kV ile üretilmiş numunede gözlemlenmiştir. En yüksek piezoelektrik etki, 224±60 nm ortalama lif çapına sahip numuneden elde edilmiş, β-faz içeriği %88 olmuştur. Sonuç olarak elektro-üfleme yöntemi ile üretilen PVDF nanoliflerin β-faz ve piezoelektrik etkisini maksimize etmek için polarizasyonun en etkin mekanizma olduğu belirlenmiştir. Bu tez kapsamında yapılan, farklı oranlarda PVDF ve polietilen glikol (PEG) polimerlerini içeren çözeltilerden elektro-üfleme yöntemi ile nanolif/nanonet yapılı filtrelerin üretildiği bir başka çalışmada, çözelti içeriğindeki suda çözünebilir, düşük molekül ağırlıklı PEG içeriğinin artırılması ve üretilen yüzeylere, bu tez kapsamında özgün olarak tasarlanan, su banyosu işlemi uygulanarak yapıdaki PEG'in uzaklaştırılmasıyla, lif çapları azaltılmış ve daha gözenekli yapılar elde edilmiştir. En yüksek PEG içeriğine sahip PVDF:PEG (3:7) numunesi, 170 nm ve 50 nm civarında ortalama çaplara sahip öbekler halinde nanolif/nanonet benzeri yapılar sergilemiştir. Geliştirilen bu numunenin ղ değerinde, korona deşarj işlemi sonrasında %3.6'lık bir artış, kalite faktöründe ise %60'lık bir iyileşme gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, PVDF:PEG (3:7) numunesi, çok yüksek bir ղ değeri (%99.57), oldukça düşük bir ∆P (158 Pa) ve bu sayede tercih edilen bir kalite faktörü (QF) 0.0345 sunan nanolif yapılı filtrelerin başarılı bir şekilde üretilebileceğini göstermiştir. Tez kapsamında filtre yüzeyinde nano- ve mikroliflerin homojen dağılımı veya katmanlı kullanımı yoluyla bimodal filtreler elde edilmiştir. Çalışmada, bimodal yapısal tasarımın etkisi, eriyikten üfleme (MB), çözeltiden üfleme (SB) ve elektro-üfleme (EB) yöntemleriyle üretilen çeşitli katman konfigürasyonlarında ve farklı çaplardaki liflerden oluşan yüzeylerin filtrasyon performansları karşılaştırılmıştır. Filtre numunelerinin gramajı 30 gsm olarak korunurken, 4 katmanlı filtre (4L) yapılarının kullanılması, tek katmanlı numunelere (L) kıyasla hava geçirgenliğinin artmasıyla sonuçlanmıştır. Bu şekilde oluşturulan 4L numunesi 148 Pa basınç düşüşü değeri ve en yüksek filtrasyon verimliliğine (%99,52) sahip olmuştur. Ayrıca 4L yapısındaki MB katmanının, SB nanoliflerinin MB'ye homojen bir şekilde dahil edilmesiyle elde edilen bimodal yüzeyler (BM) katmanı ile değiştirilmesi, filtrasyon verimliliğini %99,61'e yükseltmiş ve ΔP neredeyse aynı kalmıştır. PVDF:PP masterbatch kullanılarak eriyikten üfleme yöntemi ile üretilen filtre yüzeyine uygulanan korona deşarj işlemi ile, işlemi ile elde edilen bimodal yapıdaki 4BML numunesinde en yüksek filtrasyon verimliliği (%99,99) elde edilmiştir. Bu numunelerde bir ay sonrasında dahi filtrasyon verimliliği %99,90 olarak korunmuş; bu durum, elektret filtrelerinde bimodal lif dağılımının en yüksek avantaj sağladığını göstermiştir. PVDF nanoliflerin yapısına eklenen katkı malzemelerinin filtre yüzeyinin morfolojik yapısına etkisinin incelendiği çalışmada, Al(NO3)3.9H2O, NaCl, LiCl, KCl gibi katkı maddelerinin PVDF çözeltisine %1 ağırlık oranında ilave edildiği çözeltilerden nanolifli yüzeyler üretilmiştir. Al(NO3)3.9H2O katkı malzemeli numuneden en ince lif çapı ve en düzgün lif morfolojisi elde edilmiştir. Ayrıca, korona deşarjı işleminden sonra %99,95 ղ değeri ve 195 Pa ∆P değerleri elde edilmiştir. Tüm bu ölçümler sonucunda, Al(NO3)3.9H2O numunesinin ince lif çapı ve yüksek filtrasyon verimliliği ile PVDF için uygun bir katkı malzemesi olduğuna karar verilmiştir. Farklı triboelektrik serilerde yer alan PVDF ve PA-6 polimerlerinden üretilen nanoliflerinden elde edilen katmanlı yapıların incelendiği diğer bir çalışmada, triboelektrik etki ile birlikte bimodal etkinin filtrasyon performansına etkileri incelenmiştir. Ortalama 60 nm çapındaki PA-6 nanolifleri ile 176 nm çapındaki PVDF nanoliflerinden elde edilen bimodal filtre yapıları, korona deşarjı sonrasında %99,997 ղ değeri ve 193 Pa basınç düşüşü değerine ulaşmıştır. Dört hafta sonra İPA yöntemi ile deşarj işlemine tabi tutulan numuneler, filtrasyon testi sonrasında hem 0.26 kV yüzey potansiyeli hem de %99,829 ղ değeri ile yüksek filtrasyon ve yüksek triboelektrik özelliğini muhafaza ettiği kanıtlanmıştır. Erişilen bu filtrasyon değerleri tez kapsamında elde edilen ticari olarak değerlendirilebilecek en önemli çıktıyı oluşturmaktadır.
-
ÖgeDevelopment of stretchable conductive fabric through different metals coating approach for e-textile applications(Graduate School, 2022-07-25)This study aims to manufacture and characterize various types of conductive (cotton knitted and polyester knitted) fabrics. The fabrics were prepared through the electro-less copper metal coating approach. The effect of copper electroleess plating on different types of fabric structures and on different crossections of yarns was also observed. The main response of prepared fabric was electrical conductivity, EMI shielding and their durability against washing and rubbing. The current research activity has multiple benefits considering extensive comparison with other studies. Previously electroless plating has been performed by different salts and reducing agents' combinations over different fibres. However, there were no study available to metallize the fabric structures having different GSM and different cross section of fibres. Secondly, we have also studied the effect of different fibrous cross-section (round, hollow round, W shape and octolobel) against copper electroless plating. At first, nine-combed cotton knitted fabric samples with different yarn fineness and elastane percentage were selected in order to see effect of these parameters on electrical conductivity and physical properties of samples such as an increase in weight and thickness, impact of washing cycles and abrasion resistance on the electrical conductivity of the fabric sample. The surface morphology of all the knitted cotton fabric samples were also explored before and after the coating method via scanning electron microscope (SEM) and it showed a remarkably uniform deposition of copper on the fabric surface. the energy dispersive spectroscopy (SEM-EDX) was performed to determine the coated material content on the surface of the fabric after the metal coating process. The utility of conductive fabrics was analyzed for electromagnetic shielding ability over frequency range of 30 MHz to 1.5 GHz. The electrical conductivity and amount of metal deposition was found to be higher for the fabric samples having less GSM and higher cotton percentages in their structures. The results revealed that knitted cotton fabric of 5% elastane with the finer yarn count (Ne=40/1) showed lowest resistivity (3.24 Ω.cm) as compared to the other knitted cotton fabric of 10% elastane with a finer count (Ne=40/1) or 5% elastane with coarser (Ne=30/1). The increase in elastane content into fabric structure also influences the fabric stretchability. The objectives of second part of the study were, to carry out research with the best performing three samples obtained from the first part of the study and three single jersey knitted cotton fabric samples were selected. The selected fabric samples with GSM (136, 154 and 176 GSM) out of nine fabric samples were used in this part. These fabric samples provided the lowest value of electrical resistivity coupled with high EMI shielding and more contents of metal particles. Thereafter, the selected samples were pre-treated with laser to enhance the surface roughness, then electroless plating was performed in order to see the impact of roughness on copper deposition. This section of the research work addresses the development and characterization of conductive cotton fabrics treated with lasers in context of copper (Cu) metallization methodologies. The abrasion resistance, thickness, and durability of the laser-treated knitted cotton fabric samples were investigated. Additionally, samples exhibited exceptionally consistent deposition of Cu nanoparticles on the surface of cotton fabric when the surface morphology of the laser-treated surfaces was examined by employing the scanning electron microscope (SEM) both before and after the coating procedure. To assess the elemental analysis on the surface of the treated samples following the electroless metallization process, an energy dispersing spectroscopy (SEM-EDX) examination was performed. This section of the study indicated that fabric samples that had been laser-treated outperformed untreated fabric samples in terms of wear resistance. Abrasion resistance being one of the significant features in electric textile applications, laser-treated samples might thereby be the best options. The third part of the study was the development and characterization of conductive textured and non-textured polyester fabrics with different cross-sections. The electroless copper plating method was selected to impart conductivity on fabric structures. The deposition of copper nanoparticles on textured and non-textured polyester fabrics was characterized by electrical conductivity, electron scanning microscopy (SEM), microscopic morphology, and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). SEM images revealed a uniform copper nanoparticle coating of a thin film on textured and non-textured polyester fabrics. The properties of conductive textured polyester fabrics were compared in terms of electrical conductivity, wear resistance, thickness and durability with non-textured conductive polyester fabrics. Structural studies showed that the crystalline surface of the textured and non-textured polyester fabric structure is not affected by electroless metallization. Conductivity studies have shown that textured (lowest resistivity 2.18 Ω.cm) and non-textured (lowest resistivity 76.39 Ω.cm) polyester fabrics have good electrical conductivity. When the durability of conductive textured and non-textured polyester fabrics was examined against washing and rubbing fastness, the textured polyester fabrics showed good retention of copper nanoparticles by maintaining their electrical conductivity level after 250 abrasion cycles. Furthermore, resistivity analysis was also carried to study the effect of copper metallization and conductivity against different morphological structures of fibres. It was observed that there are lower values of electrical resistivity for each coated sample. The resistivity was found to be lowest for hollow round coated fibres (either textured or non-textured). The behaviour of metal deposition for hollow round fibers and electrical conductivity was further justified from the SEM analysis. The W shape fibers showed less amount of metal deposition and higher electrical resistivity values as compared to all. The final applications of developed copper plated fabrics are in the field of smart textiles, sensors, stretchable actuators, EMI shielded panels and stretchable electrodes. Keywords: Conductive textiles, Electroless plating, Copper coating, Electromagnetic interference shielding, sensors and actuators, Stretchable conductive fabrics, Smart textiles, metal coatings, textured polyester fabrics, Metal coated, Cross-sectional fiber.
-
ÖgeEv tipi yıkamalarda suyun tekrar kullanımı için yıkama atık suyundan renk giderme sisteminin geliştirilmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021-11-23)Son yıllarda temiz su kaynaklarının hızla kirlenmesi nedeniyle su geri kazanımının önemi günden güne daha da artmaktadır. Bu tez çalışması öncelikle su kaynaklarının sürdürülebilir olmasını desteklemek ve kullanılan atık suyu tekrar kullanabilmek amacıyla tetiklenmiştir. Pazarda yaygın bulunan yüksek kapasiteli ve önden yüklemeli ev tipi çamaşır makinelerinde her çevrimde yıkama ve durulama adımlarının tamamında minimum 50 L ve üzerinde su tüketimi gerçekleşmektedir. Sunulan tez çalışmasında, ozonlama yöntemi kullanılarak renkli çamaşırların yıkanmasıyla ortaya çıkan çamaşır makinesi atık sularındaki rengin giderilmesi ve rengi giderilen suyun bir sonraki yıkamada tekrar kullanılması hedeflenmiştir. Bu hedef doğrultusunda, çamaşır makinesi atık suyundaki boyarmadde konsantrasyonunu tahminleme, ozon ile renk giderme sistemine sahip makine prototipinin hazırlanması çalışmaları ve bu makinede renk giderme testleri yürütülmüştür. Çamaşır yıkama sonucunda oluşan atık su, gri su kategorisindedir, hanelerde evsel aktiviteler için kullanılan toplam su içerisinde yüksek bir paya sahip olup (%27) geri kazanım ve tekrar kullanım için potansiyel oluşturmaktadır. Günümüzde yaygın olarak tercih edilen pamuk içerikli tekstil ürünleri çamaşır makinelerinde sıklıkla yıkanmakta olup, bu ürünlerin renklendirilmesinde çoğunlukla reaktif boyarmaddeler kullanılmaktadır. Bu reaktif boyarmaddeler içerisinden azo ve antrakinon boyarmaddeler yaygınlık, suda yüksek çözünürlük göstermeleri, life fikse oranlarının düşük olması ve atık suda risk oluşturmaları nedeniyle tercih edilmiştir. Yıkamaya karşı renk haslığı düşük ve lekeleme konusunda problemli olarak bilinen kırmızı ve mavi renkler belirlenerek, bu renklerin elde edilmesi için azo boyarmadde sınıfından reaktif kırmızı 195 ve antrakinon boyarmadde sınıfından reaktif mavi 19 boyarmaddeleri seçilmiştir. Çalışmada yaygın kullanılan ve sık yıkama ihtiyacı bulunan örme kumaşlar tercih edilmiş ve ticari koşullarda üretilip boyanmıştır. Tekstil atık sularında organik kirleticilerin fazla bulunmasından dolayı, bu sulardan reaktif boyarmaddelerin giderilmesinde oksidasyon yöntemlerinden ozonlamanın ve ozon ile diğer yöntemlerin kombinasyonlarının sıklıkla tercih edildiği belirlenmiştir. Teknolojisinin olgunlaşmış olması, yan ürün açığa çıkarmaması, yerinde renk giderimini hızlı şekilde gerçekleştirebilmesinden dolayı çamaşır makinesi için ozonlama yöntemi tercih edilmiştir. Çamaşır makinesinde renk giderimi için yıkama çevrimindeki uygun yıkama adımının -hedef atık su çözeltisinin- belirlenmesi için yapılan deneysel çalışmada, yapılan ölçümlerde deterjan konsantrasyonu düşük olan ve yumuşatıcı içermeyen birinci durulama adımının renk giderim için daha uygun olduğuna karar verilmiştir. Literatür araştırması sırasında renk giderimi çalışmalarında çoğunlukla konsantrasyonu bilinen yapay çözeltiler ile çalışıldığı saptanmıştır. Oysa, çamaşır makinesinde yapılan yıkamalar sonunda ortaya çıkan atık suların içeriği farklı (lif, hav, deterjan vb.) ve oldukça kaotiktir. Literatürde rastlanmaması nedeniyle tezin yenilikçi yönü olarak yapay çözeltiler yerine "evsel çamaşır makinesi atık suları" ile çalışılmıştır. Ev tipi çamaşır makinesinden kaynaklı boyarmadde içeren atık suyun renginin giderilmesi için ozonlama ile renk giderme sistemi önerisi yapılmıştır. Yaşanan en büyük zorluk, yıkama sırasında boyalı kumaşlardan elde edilen atık suların boyarmadde konsantrasyonunun bilinememesidir. Bu atık suların boyarmadde konsantrasyonunun tahmin edilmesi için iteratif bir yaklaşım geliştirilmiştir. Boyarmadde konsantrasyonunun belirlenebilmesi için VIS spektrofotometre cihazı ile renkli atık su çözeltilerinin absorbans taraması yapılmış ve spektrumda maksimum absorbans değerini veren dalgaboyu tespit edilmiştir. Ancak, çamaşır makinesi atık suyunda yapılan ölçümlerde maksimum absorbans değeri elde edilememiştir. Boyarmadde konsantrasyonunun tahmin edilebilmesi için geliştirilen yaklaşımda, birinci adımda, saf su ile yapay olarak hazırlanan kontrol boya çözeltilerinin spektrum taramalarından maksimum absorbans değerlerinin elde edildiği dalgaboyları Reaktoset Red RFT (C.I. RR 195) için 540 nm, Reaktoset BRL Blue R Spec (C.I. RB 19) için 592 nm olarak belirlenmiştir. İkinci adımda, boya konsantrasyonları ve deterjan konsantrasyonları, sırasıyla, ana yıkama adımı için 10 –– 100 mg/L aralığında ve 4,6 g/L olarak; durulama adımı için 1 – 40 mg/L aralığında ve 0,5 g/L olarak hazırlanmış ve çözeltilerin absorbans ölçümlerinden kırmızı (RR 195) ve mavi (RB 19) boyalar için ana yıkama ve durulama kalibrasyon eğrisi denklemleri elde edilmiştir. Üçüncü adımda, renkli atık su çözeltileri tergotometer cihazında boyalı kumaşların yıkanması sonucunda elde edilmiştir. Bu çözeltiler ilgili dalgaboyunda net bir absorbans değeri vermediğinden, boyarmadde konsantrasyonunun hesaplanması için adım 2'de elde edilen kalibrasyon eğrilerine ait denklemlerin (kırmızı atık su için: A=0,0186C+0,0427, R² = 0,9997; mavi atık su için: A=0,0115C+0,0540, R² = 0,9966) kullanılmasına karar verilmiştir. Doğrulama testlerinde, denklemlerden hesaplanan boya konsantrasyonuna en yakın konsantrasyondaki deterjanlı yapay boya çözeltilerinin spektrumları ile renkli kumaşlardan elde edilen spektrumların karakteri farklı olmasına rağmen belirlenen dalgaboyunda üst üste çakıştığı saptanmıştır. Çamaşır makinesi ve tergotometer cihazından elde edilen atık su çözeltilerinin absorbans ve konsantrasyon değerleri arasında güçlü bir ilişki olduğu belirlenmiş ve tergotometer cihazının su ve kumaş sarfiyatını azaltmak amacıyla çamaşır makinesi yerine kullanılabileceği kanaatine varılmıştır. Renk giderme sistemine sahip makine prototipi için, bir ozon düzeneği kurularak çalışmalara başlanmıştır. Kurulan düzenekte hava kompresörü, hava kurutucu, akış ölçer, ozon jeneratörü, ventüri, su haznesi, iki adet su pompası ve debimetre yer almaktadır. Ozon düzeneğinde yapılan deney tasarımı sonucunda renk giderme etkinliği üzerinde en etkili faktörlerin sırasıyla %22,0 ile boyarmadde*ozon jeneratörü ikili etkileşimi, %15,4 ile ozon jeneratörü*ozonlama süresi ikili etkileşimi ve %14,8 ile tek başına ozon jeneratörü olduğu saptanmıştır. 500 mg/sa kapasiteli (500-B kodlu) ozon jeneratörü ile en yüksek renk giderme oranlarına ulaşıldığından bu ozon jeneratörünün kullanılmasına karar verilmiştir. Ventüri sistemi ve geri kazanılan suyun bulunacağı depoya sahip 9 kg kapasiteli çamaşır makinesi prototipi hazırlanmıştır. Sistemin çalışma prensibi şu şekildedir: Dışarıdan hava kompresörü yardımıyla çekilen ortam havası ozon jeneratöründen geçirilerek ozon üretilmekte ve ventüri elemanına taşınmaktadır. Pompalar yardımıyla ventüri elemanında renkli su ve ozon buluşmakta, belirli süre yapılan sirkülasyon sonrasında ozonlama yoluyla renksiz su elde edilmektedir. Önerilen denklemler kullanılarak boya konsantrasyonları hesaplandığında, renkli kumaşların farklı tüketici koşullarında yıkanması sonucu atık su boya konsantrasyonunun 15 mg/L ile 90 mg/L arasında değişkenlik gösterdiği saptanmıştır. Çamaşır makinesinde ozonlama testleri iki aşamada yürütülmüştür. Birinci aşamada, çamaşır makinesinde 14 L olarak deterjanlı, 20 – 40 – 60 – 80 mg/L boya konsantrasyonuna sahip yapay çözeltiler hazırlanmış ve ozonlanmıştır. İkinci aşamada, gerçek yıkama koşulunu temsilen ticari koşullarda üretilen kumaşların (1 kg) Beko 9 kg çamaşır makinesinde pamuklu 40 programında 52 g standart deterjan ile yıkanmasından elde edilen birinci durulama suları toplanarak ozonlanmıştır. Kırmızı ve mavi yapay boya çözeltilerinde renk giderme oranı %95 ve üzerinde gerçekleşmiştir, görsel olarak rengin tamamen giderildiği tespit edilmiştir. Renk giderimi etkinliğinin başlangıç boya konsantrasyonuna ve boyarmadde tipine bağlı olduğu belirlenmiştir. Boya konsantrasyonu arttıkça renk giderimi daha uzun sürede gerçekleşmiştir. Reaktif kırmızı 195 boyarmaddesi ile hazırlanan çözeltilerde renk gideriminin reaktif mavi boyarmadde ile hazırlanan çözeltilere göre daha uzun sürdüğü belirlenmiştir. Kırmızı ve mavi kumaşlardan elde edilen birinci durulamaya ait atık suların boya konsantrasyonu sırasıyla 35,1 mg/L ve 42,3 mg/L olarak belirlenmiştir ve kırmızı ve mavi renkli atık su çözeltilerinde %80 civarında renk giderimi sağlanmıştır. Renk giderimi mavi atık su çözeltisi için yaklaşık üç kat daha hızlıdır. Kırmızı renkli atık sularda 240 dakikada %76 oranında renk giderimi; mavi renkli atık sularda ise 70 dakikada %82 oranında renk giderimi gerçekleşmektedir. Ozonlama ile boyarmaddenin kromofor grubunun parçalanıp parçalanmadığının analizi için, 100 mg/L boya konsantrasyonuna sahip deterjansız çözeltiler ozonlanmış ve dondurularak kurutulmuştur. FTIR cihazı analizleri sonucunda, kırmızı çözeltilerde ozonlama etkisiyle 1540 cm-1 civarında görülen N = N bağının kırıldığı, dolayısıyla azo kromofor grubunun parçalandığı; mavi çözeltilerde ozonlama etkisiyle 1575 cm-1 civarında görülen kromofor grubu temsil eden antrakinon halkasına ait bağların kaybolduğu belirlenmiştir. Ozon ile rengi giderilen suyun kalitesi incelendiğinde, çıkış suyu parametrelerinin giriş suyu parametrelerine göre daha iyi seviyede olduğu saptanmıştır. AKM, bulanıklık, KOİ (%54 düşüş) ve TOK (%35 düşüş) parametrelerinde ozonlama işlemi etkisiyle belirgin düşüş sağlanmıştır. Hazırlanan prototip makinede geri dönüştürülen su bir sonraki çevrimin ana yıkama adımında kullanılmıştır. 10 çevrim süresince ozonlanmış su ile yıkanan çeşitli tekstil numunelerinde herhangi bir tekstil hasarlanma etkisi görülmemiştir. Geri kazanılmış su ve şebeke suyu ile yapılan yıkamaların yıkama performansı değerleri arasında belirgin bir fark tespit edilememiştir. Çamaşır makinesi ozon ile renk giderme sisteminin enerji tüketimi, mavi kumaştan elde edilen suyu ozonlamak için pamuklu 40 programının enerji tüketiminin yaklaşık beşte biri, kırmızı kumaştan elde edilen suyu ozonlamak için pamuklu 40 programının yaklaşık üçte ikisidir. Ozon ile renk giderme sistemine sahip çamaşır makinelerinin yaklaşık dörtte bir oranında su tasarrufu sağlayacağı tahmin edilmektedir. 8-9-10 kg kapasiteli çamaşır makinelerinde çevrim başı yaklaşık 14 L'lik su tasarrufunun bir yılda yaklaşık 1,24 hm3'lük su tasarrufu sağlaması beklenmektedir. Çamaşır makinesi ortamında atık suyun kendi kaynağında renginin giderilmesi, geri kazanımı ve tekrar kullanımı ile sürdürülebilir yaşam desteklenebilecektir. Geliştirilen ürünün hem ticari açıdan hem çevresel açıdan başarı potansiyeli bulunmakta hem de sürdürülebilir ürün gamında kalıcı bir yer edinmesi beklenmektedir.