Metal organik framework (MOF)'ten türetilmiş nano karbon katkılı sialon seramik malzemelerin elektriksel iletkenlik ve mekanik davranışlarının incelenmesi
Investigate of electrical conductivity and mechanical behavior of nano carbon added sialon ceramic materials derived from metal organic framework (MOF)
Yazar: DERYA ARSLAN
Danışman: PROF. DR. SEMRA KURAMA
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
SiAlON'lar, mekanik mukavemet, termal stabilite ve kimyasal direncin üstün kombinasyonu sayesinde çok yönlü uygulamalara sahip gelişmiş bir malzeme sınıfıdır. Bu üstün özelliklerine rağmen, elektriksel iletkenlikleri çeşitli alanlardaki potansiyel uygulamalarını sınırlayan bir zorluk olarak görülmektedir. Araştırmacılar bu sınırlamaların üstesinden gelerek SiAlON'ların elektriksel özelliklerini geliştirmek için yenilikçi stratejiler geliştirmişlerdir. Gelecek vadeden uygulamalardan biri de seramik malzemelere metal-organik çerçevelerin (MOF'lar) katkısı ile özelliklerinin geliştirilmesidir. MOF'lar, olağanüstü yüzey alanlarıyla bilinen gözenekli malzemelerdir ve bu da onları çok çeşitli uygulamalar için umut verici adaylar haline getirmektedir. Bildiği kadarıyla, zeolitik imidazolat çerçeve (ZIF-8) içeren α/β-SiAlON matrisli seramik kompozitler hakkında raporlanmış bir çalışma bulunmamaktadır. Bu nedenle bu çalışmada, ZIF-8 ilavesinin α/β-SiAlON kompozitlerinin özellikleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Bu kapsamda α/β-SiAlON öncü tozunda farklı oranlarda 4 adet (%0, %5, %10 ve %20) in-situ ZIF-8 sentezlenmiş numune hazırlanmıştır. Bu numuneler 50 MPa altında 10 dakika boyunca 1650C sıcaklıkta SPS ile sinterlenmiştir. Sonrasında numunelerin mekanik, mikroyapısal ve elektriksel özellikleri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, ağırlıkça %10 ve ağırlıkça %20 ZIF-8 içeren α/β-SiAlON kompozitlerinin mekanik özellikleri aynı kalmasına rağmen elektriksel direncinin yaklaşık 1010 kat azaldığını göstermektedir. Bu sonuçlar, α/β-SiAlON seramiklerinin elektriksel özelliklerinin ZIF-8 ilavesi ile arttırılabildiğine yönelik raporlanan ilk çalışmadır.

Abstract:
SiAlONs are a promising class of advanced materials with multifaceted applications owing to their remarkable combination of mechanical strength, thermal stability, and chemical resistance. Despite these superior features, their electrical conductivity has remained a challenge, limiting their potential applications in various fields. To overcome these limitations, researchers have explored innovative strategies to enhance the electrical properties of SiAlONs. One of the promising practices is the incorporation of MOFs. MOFs are porous materials known for their exceptional surface area, making them promising candidates for a wide range of applications. To our best knowledge, there is no reported study on ZIF-8 incorporated α/-SiAlON matrix ceramic composites. Therefore, the effect of zeolitic imidazolate framework addition on the properties of α/-SiAlON composites were investigated in this thesis. In this scope, samples with varying proportions of ZIF-8 (0%, 5%, 10%, and 20% by weight) were prepared by in-situ synthesis within the α/β-SiAlON precursor powder. These samples were then sintered using Spark Plasma Sintering (SPS) at 1650°C for 10 minutes under 50 MPa pressure. Subsequently, the mechanical, microstructural, and electrical properties of the samples were examined. The results indicate that α/β-SiAlON composites containing 10% and 20% by weight of ZIF-8 exhibit approximately 1010 times decrease in electrical resistance while maintaining their mechanical properties. These findings represent the first reported study demonstrating that the electrical properties of α/β-SiAlON ceramics can be enhanced by the addition of ZIF-8.