Nanokompozitler

KTO Karatay Üniversitesi

Introduction to Nanotechnology

​

Mekatronik Mühendisliği

Muhammed DİNÇ

​

1/22

İçerik

Kompozit Malzeme Nedir?

Kompozit Malzemelerin Sınıflandırılması

Nanokompozit Nedir?, Avantajları

Boyutuna Göre Nanokompozit Çeşitleri

Seramik Matrisli Nanokompozitler (CMNC)

Metal Matrisli Nanokompozitler (MMNC)

Polimer Matrisli Nanokompozitler (PMNC)

Hibrit Nanokompozit Üretimi

2/22

Kompozit Malzeme Nedir?

Kompozit malzeme birbirinden farklı kimyasal ve fiziksel özelliklere sahip malzemelerin bir farklı yöntemlerle birleştirilerek üretilen yeni malzemeye denir. Malzemeler tepkimeye girmez ve yeni fiziksel ve kimyasal özellikte bir malzeme oluşur.

​

Bu üretimde malzemeler matris ve takviye olarak adlandırılır. Matris tüm katmanları bir arada tutan kalıp materyalden, takviye malzemeye belirli özellik kazandırması için eklenen materyaldir.

3/22

Kompozit Malzeme Nedir?

Selüloz bitkilerde hücre duvarının temel yapı taşıdır.

Lignin bitkilerde destek dokusunda bulunur ve bitkiye sertlik kazandırır.

​

Kollajen yapısal bir proteindir. Bağ dokuların ana bileşenidir. Kıkırdak, tendon, kemik gibi yapılarda bulunur.

Hidroskiapatit kalsiyum fosfat bazlı bir mineraldir. Kemiklere sertlik ve dayanıklılık kazandırır.

4/22

Kompozit Malzemelerin Sınıflandırılması

Boyuta Göre

Takviyeye Göre

Matrise Göre

Biyokompozitler

Nanokompozitler

5/22

Nanoparçacık

Nanokil

Nanolif

Polimer

Seramik

Metal

Nanokompozit Nedir?

Kompozitler matrisine veya takviyesine göre adlandırılabilir iken bir veya daha fazla malzeme nano boyuttaysa nanokompozit olarak adlandırılır. Malzemeler özelliklerin korunduğu kritik boyutun altında nanomalzeme olarak kabul edilir ve bu boyutta farklı özellikler gösterir. Kompozitlere nano boyutta malzeme eklenmesi malzemeye birden çok avantaj sağlayabilir. Nanokompozitler takviyelerine göre nanoparçacık, nanolif, nanokil olmak üzere üçe ayrılır.

​

(a) Nanoparçacık, (b) Nanolif, (c) Nanokil

6/22

Takviyelerine göre Nanokompozitler

• Nanolif: Çapı 1-100 nm ölçeğinde olan liflerdir. Polimer, metal ya da seramik bazlı olan bu lifler yüksek yüzey alanı / düşük hacim olarak çeşitli etkileşim ve reaksiyonlara olanak sağlar. Bu avantajından dolayı filtreleme, emilim ve kataliz uygulamalarında kullanılır. Hafif ve esnek dolayı çeşitli şekillerde kullanıma uygundur.

​

• Nanokil: Ölçekleri nano seviyesinde olan kil parçacıkları yüksek yüzey alanı ve gelişmiş mekanik özelliklere sahiptir. Hafif kompozitlerde, ambalaj malzemeleri ve boya kaplamalarında katkı maddesi olarak kullanılır. Malzemelere dayanıklılık, yangına karşı direnç gibi özellikler kazandırır.

​

• Nanoparçacık: Nano boyutta olan parçacıklardır. Metal, seramik, polimer ve lipit gibi çeşitli malzemelerden yapılırlar. Boyutlarına göre gelişmiş optik, elektriksel ve manyetik özellik gösterirler. Tıp, elektronik, enerji depolama, çevre temizliği ve kozmetikte uygulamaları bulunmaktadır.

7/22

Nanokompozitlerin Avantajları

• Yüksek yüzey alanı hacim oranıyla dolgular daha küçük olur ve dolgu arasındaki boşluklar küçülür.
• Yüksek süneklik sağlarken dayanım kaybı olmaz, çizilmeye karşı dirençlidir.
• parçacık boyutuna bağlı ışık geçirgenliği gibi optik özellikler gelişir.

Karakteristik Değişim Aralıkları

• Katalitik Aktivite < 5 nm
• Sert Manyetik Malzemelerin Yumuşatılması < 20 nm
• Kırılma İndisi Değişiklikleri Oluşturma < 50 nm
• Süper Manyetiklik Oluşturma < 100 nm
• Kuvvetlendirme ve Sertleştirme < 100 nm
• Sertlik ve Plastikliği Düzenleme < 100 nm

8/22

Seramik Matrisli Nanokompozitler (CMNC)

Seramik matrisli kompozitlerin kimyasal kararlılık, termal ve aşınma direncini artırmak amacıyla oluşturulan nanokompozitlerdir. Nano boyutta parçacık, lif, nanotüp ya da ipliksiler eklenerek oluşturulur. Sentezlenme sürecinde sol-jel, polimer öncü ve toz yöntemi gibi yöntemler kullanılır.

9/22

Polimer Matrisli Nanokompozitler (PMNC)

Polimer matrisli kompozitler genelde dolgu olarak adlandırılır ve bu malzemelere nanodolgu denir. 1 boyutlu doğrusal, 2 boyutlu katmanlı ve 3 boyutlu toz formunda olabilirler. Üretim teknikleri arasında çözücü ve eritilmiş karışım olan bu kompozitler malzemelere yüksek termal stabilite, düşük gaz geçirgenliği, yüksek aşınma direnci gibi mekanik özellikler sağlar.

10/22

Metal Matrisli Nanokompozitler (MMNC)

Metal matrisli nanokompozitler sünek bir metal veya alaşım metal matrisine gömülmüş nano boyutlu takviyelerle oluşur. Kolloidal, sol- jel, buhar teknikleri, hızlı katılaştırma gibi birçok teknikle üretilen bu nanokompozitler yüksek süneklik, tokluk, dayanım ve modül sağlar.

11/22

Radar Soğurma için Hibrit Nanokompozit Üretimi

• Kevlar ve karbon elyafın temin edilerek kesilmesi
• PAN nanofiber üretimi
• Epoksi ve grafenin karıştırılması
• Elle yatırma yöntemi ile katmanlar arasına epoksi uygulanması
• Vakum Torbalama ile Katmanlar arasındaki fazla epoksi çekilmesi

12/22

Kevlar ve Karbon Elyafın Hazırlanması

Kevlar Elyaf Kesimi

13/22

Kevlar ve Karbon Elyafın Hazırlanması

Karbon elyaf, ayırma kumaşı ve dağıtıcı file kesimi

14/22

PAN Nanofiber Üretimi

PAN hazırlanışı ve şırınga kurulumu

15/22

Elektrospinning Yöntemi

16/22

PAN Nanofiber Üretimi

Pan Üretimi ve Üretilmiş nanolif

17/22

Elle Yatırma ile Katmanlara Epoksi Uygulanması

Grafen ve Epoksinin Ultrasonik Homojenizatörde Karıştırılması

18/22

Vakum Torbalama Sistemi

19/22

Isıtma ve Üretilen Kompozitler

20/22

Üretilen Kompozitlerin Katman Yapısı

21/22

Beni Dinlediğiniz İçin Teşekkür Ederim.

22/22