Yüksek ısı yalıtımı sağlayan esnek aerojel yapıların üretilmesi ve karakterizasyonu
Production and characterization of flexible aerogel structures providing high heat insulation
Yazar: ABDULLAH TAV
Danışman: DOÇ. DR. HALİL İBRAHİM AKYILDIZ ; DOÇ. DR. YAHYA ÖZ
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Polimer Malzemeler Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Isı yalıtımı = Heat insulation ; Mezoporlu silika = Mesoporous silica ; Mikrogözenek = Microporous ; Tetraetil ortosilikat = Tetraethylorthosilicate

Özet:
Sol-jel metodolojisi, özellikle tekstil ve aerojel teknolojisi alanlarında malzeme sentezi ve yüzey modifikasyonu esnekliğini sergilemektedir. İlk olarak, vurgu, artırılmış sıcaklık direnci için silika kaplı tekstillerin sentezlenmesine yerleştirilir. Pamuk, PA 6.6 ve PET gibi kumaşlar, tetraetil ortosilikat hidrolizinden elde edilen silika sol süspansiyonları kullanılarak, SEM ve FTIR analizleri ile süreç doğrulandıktan sonra homojen bir şekilde kaplanır. Ardından, silika bazlı aerojellerde bulunan kırılganlığı ele alan sonraki araştırmalar, esnek yalıtım substratları ile entegre edilmiş "aerojel battaniye" adı verilen bileşik malzemelerin geliştirilmesini amaçlamaktadır. MTMS prekürsörü ve SDS yüzey aktif maddeleri kullanarak, bu kompozitler değişken ağırlıklar sergiler ve iyileştirilmiş hidrofobik özelliklerin yanı sıra termal iletkenlikte dikkate değer iyileştirmeler gösterir. Sonraki olarak, aerojel yalıtım battaniyelerini sentezlemek için vakum destekli sol-jel infüzyon (VASI) tekniği adı verilen yeni bir yaklaşım tanıtılır ve katı hal NMR ve FTIR analizleri, malzemenin yapısını ve morfolojisini açıklamak için kullanılır. Özellikle, ağırlıkça %10 MSQ içeren aerojel kompozit battaniyelerin, havacılık uygulamalarında umut vaat eden birer malzeme olduğu gözlemlenir. Bu kompozit battaniyelerin yoğun alev koşullarında performansının daha fazla incelenmesi, GC-MS analizi ile değerli içgörüler sunar; burada, permetiloktasilseskioksan malzemesi bulunurken, XPS analizleri, emisyon dumanındaki belirli bileşiklerin varlığını vurgular ve alevlerin malzemenin yüzeyindeki kimyasal etkilerini aydınlatır. Bu kapsamlı araştırma, aerojel tabanlı malzemelerin aşırı ortamlardaki davranışını anlamamızı artırır ve havacılık alanında uygulamaları için değerli sonuçlar sunar. Sonuç olarak, VASI aerojel battaniyelerinin malzeme özelliklerini artırma ve termal yalıtım yeteneklerini iyileştirme etkinliği vurgulanır. Bu gelişmeler, özellikle uçak termal yönetiminde güvenlik ve performansı artırmaya yönelik vaatler sunar. Gerçek zamanlı değerlendirmeler, aerojel yalıtım battaniyelerinin katı termal yönetim standartlarına uygunluğunu sağlar ve uçak operasyonlarında genel güvenlik ve verimliliği artırır.

Abstract:
The sol-gel methodology showcases material synthesis and surface modification versatility, particularly in textiles and aerogel technology. Initially, emphasis is placed on synthesizing silica-coated textiles for enhanced heat resistance. Fabrics like cotton, PA 6.6, and PET undergo uniform coating using silica sol suspensions derived from tetraethyl orthosilicate hydrolysis, with SEM and FTIR analyses confirming the process. Subsequent investigations address brittleness inherent in silica-based aerogels, aiming to improve their strength by developing composite materials named "aerogel blankets" integrated with flexible insulation substrates. Employing the MTMS precursor and SDS surfactants, these composites exhibit variable weights and demonstrate remarkable enhancements in thermal conductivity alongside improved hydrophobicity traits. A novel approach utilizing the vacuum-assisted sol-gel infusion (VASI) technique is then introduced to synthesize aerogel insulation blankets, with solid-state NMR and FTIR analyses employed to elucidate the material's structure and morphology. Notably, aerogel composite blankets containing 10% MSQ by weight exhibit superior insulation and thermal stability, presenting promising prospects in aviation applications. Further exploration into the performance of these composite blankets under intense flame conditions reveals valuable insights through GC-MS analysis, where permethyloctasilsesquioxane material is found, and XPS analyses, highlighting the presence of specific compounds in emission smoke and elucidating the chemical effects of flames on the material's surface. This comprehensive investigation enhances our understanding of aerogel-based materials' behavior in extreme environments, offering valuable implications for their application in aerospace settings. In conclusion, the effectiveness of VASI aerogel blankets in augmenting material properties and enhancing thermal insulation capabilities is underscored. These advancements promise to improve safety and performance in aerospace applications, particularly in aircraft thermal management. Real-time assessments validate the practical utility of aerogel insulation blankets, ensuring compliance with stringent thermal management standards and bolstering overall safety and efficiency in aircraft operations.