Eş eksen, plaka ve nano tel şekilli BaTiO3 tozlarıyla elde edilen tekstile entegre, biyouyumlu nano jeneratör tasarımı ve potansiyel uygulamaları
Design and potential applications of textile-integrated, biocompatible nano-generators obtained by BaTiO3 powders with coaxial, plate, and nanowire shapes
Yazar: BUSE MUSLU KOP
Danışman: PROF. DR. ENDER SUVACI ; DR. ÖĞR. ÜYESİ SEVAL KINDEN
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Hem gelişen giyilebilir teknolojilerdeki artan enerji ihtiyaçlarını karşılamak hem bu ihtiyacı karşılarken gittikçe tükenen dünyamıza dost olabilmek hem de kurşun kullanımının insan ve çevreye olan zararını en aza indirmek önemli bir araştırma alanı yaratmaktadır.
Literatürde yer alan kurşunlu piezoelektrik malzemelerin aksine insan sağlığı ve çevre üzerinde zararlı etkilerin ortadan kaldırıldığı ve kurşunsuz piezoelektrik malzemeler için literatürle karşılaştırma yapıldığında daha yüksek elektrik çıkış sağlayan bir PENG tasarlamak ise bu çalışmanın amacını oluşturmaktadır. Kurşunsuz piezoelektrik malzemeler arasında BaTiO3, olağanüstü biyouyumluluğu, yüksek dielektrik sabiti ve oldukça yüksek piezoelektrik sabiti nedeniyle çalışmalar için güçlü bir adaydır. BaTiO3'ün eşeksen, nanotel ve plaka gibi farklı şekilleri ile oluşturulmuş PDMS matrisli kompozitlerin optimum parametreleri belirlenerek spin kaplama yöntemi kullanılarak sandviç yapılı esnek nanojeneratör üretimi ve bu aygıtların laminasyon ve plazma dağlama yöntemleriyle tekstile entegre edilmesi üzerine çalışılmıştır. BaTiO3'ün eş eksenli, nanotel ve plaka gibi farklı şekilleriyle üretilen PENG aygıtlarından sırasıyla ortalama 10 V, 11.1 ve 14.2 V'luk çıktılar elde edilmiş, tekstile entegrasyon denemeleri sonucunda ise aygıtların çekme ve bükme mukavemetlerine yüksek direnç göstererek maksimum 2.72V'luk çıktı elde edilmiştir.
Değişik morfolojilere sahip BaTiO3 malzemeleri ile oluşturulmuş PDMS matrisli kompozitlerin yapı-özellik ilişkilerinin elektrik üretimine sağlayacağı katkılar, bilimsel anlamda temel bir anlayış kazandırırken aynı zamanda teknolojik anlamda tekstile entegre edilmiş PENG'lerin farklı uygulama alanlarında enerji üretme performanslarında BaTiO3 esaslı kurşunsuz malzemelerin son ürün olarak ortaya konmasında önemli bir altyapı oluşturacaktır.

Abstract:
Meeting the increasing energy demands in evolving wearable technologies, being environmentally friendly to our depleting world while meeting these demands and minimizing the harmful effects of lead usage on humans and the environment create an important area of research.
In contrast to lead-containing piezoelectric materials found in the literature, designing a PENG (piezoelectric nanogenerator) that provides higher electrical output while eliminating harmful effects on human health and the environment, and comparing it with literature for lead-free piezoelectric materials, constitutes the aim of this study. Among lead-free piezoelectric materials, BaTiO3 stands out as a strong candidate for studies due to its exceptional biocompatibility, high dielectric constant, and significantly high piezoelectric constant. The optimum parameters of PDMS (polydimethylsiloxane) matrix composites formed with different shapes of BaTiO3, such as equiaxed, nanotubes, and plates, were determined. Flexible nano-generators with sandwich structure were produced using the spin coating method, and these devices were worked on for integration into textiles using lamination and plasma spraying methods. From the PENG devices produced with BaTiO3 in different shapes such as equiaxed, nanotube, and plate, average outputs of 10 V, 11.1 V, and 14.2 V respectively were obtained. In textile integration experiments, the devices showed high resistance to tensile and bending strengths, yielding a maximum output of 2.72 V.
The contributions of the structure-property relationships of PDMS matrix composites formed with BaTiO3 materials of different morphologies to electricity generation provide a fundamental understanding scientifically, while also laying down an important infrastructure for the final presentation of BaTiO3-based lead-free materials in textile-integrated PENGs in various application areas in terms of energy production performance.