Buzlanmayı önleme uygulamaları için fonksiyonel kompozit malzemeler
Functional composite materials for anti-icing application
Yazar: CEM KARAKÖYLÜ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞAHİN COŞKUN
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Buz çözücü = Deicing ; Buzlanma = Icing ; Hidrofobik kaplamalar = Hydrophobic coatings ; Polimer kompozitler = Polymer composites

Özet:
Havacılıkta ve birçok mühendislik alanında buzlanma hem ekonomik açıdan hem de güvenlik açısından olumsuz sorunlara neden olmaktadır. Bu olumsuz koşulların önlenmesi amacıyla çeşitli önlemler ve yöntemler uygulanmakta hatta her geçen gün birçok yenilikçi yaklaşım oluşturulup, geliştirilmektedir. Havacılıkta uçuş güvenliği adı altında geçen buzlanma önleme ve giderme yöntemleri kimi zaman yeterli olmamakta ve yeni uygulamalara ihtiyaç duymaktadır. Yeni yaklaşımlarda buzlanmanın yoğun olduğu durumlarda buz çözme ve buzlanma önleme uygulamaları için oluşturulan kompozit malzemelerle uçuş güvenliğinin yanı sıra düşük maliyet ve kolay uygulanabilirlik açısından bazı çalışmalar yürütülmektedir.
Buzlanmayı önleme ve giderme yöntemlerinin başında elektrotermal uygulamalar gelmektedir. Bu yaklaşımda elektrik yardımıyla ısıtılan yüzeylerde buz oluşumunun önlenmesi (anti-icing) ya da buzlanma sonrası yüzeyin ısıtılarak yüzeydeki buz tabakalarının uzaklaştırılması amaçlanmaktadır (de-icing). Mevcut elektrotermal sistemlerde geleneksel ısıtıcı malzemelerin kullanılması, bu malzemelerin sınırlı esneklik ve yüksek güç tüketimi dezavantajları sebebiyle yaygınlaşmalarını kısıtlamaktadır. Yakın zamanda yenilikçi malzemeler kullanılarak daha verimli elektrotermal ısıtma sistemleri geliştirilmeye çalışılmıştır. Bu tez çalışmasında gümüş nanotel esaslı kompozitlerin elektromermal özellikleri incelenmiştir. Polyol yöntemi ile üretilen gümüş nanoteller saflaştırma sonrası sprey kaplama yöntemiyle cam, PET ve PC gibi alttaşlar üzerine kaplanmışlardır. Kaplama sonrası gümüş nanotellerin yüzeyleri epoksi veya ısıya dayanıklı akrilik bazlı sprey boya ile kaplanarak kompozit ısıtıcılar elde edilmiştir. Üretim sonrası gerçekleştirilen opto-elektronik ölçümlerde gümüş nanotel temelli kompozitlerin düşük direnç ve yüksek şeffaflığa sahip olduğu görülmüştür. Kompozit yapıların elektrotermal ölçümlerinde ise sıcaklık dağılımı, ısınma davranışı gibi özellikleri irdelenmiştir. Son olarak gerçekleştirilen yüzeyde buz oluşturma ve buz giderme testlerinde ise özellikle ısıya dayanıklı akrilik boya kaplı gümüş nanotel/PC kompozitlerin hidrofobik yüzey özellikleri ve uygulanan voltaj altında hızlı buz giderme davranışı gösterdikleri gözlenmiştir.

Abstract:
In aviation and many engineering fields, icing causes negative problems both economically and in terms of safety. Various precautions and methods are applied to prevent these negative conditions and many innovative approaches are created and developed every day. In aviation, icing prevention and removal methods, which are called flight safety, are sometimes not sufficient and require new applications. In new approaches, some studies are being carried out with composite materials created for de-icing and anti-icing applications in intense icing conditions in terms of flight safety as well as low cost and easy applicability.
Electrothermal applications are at the forefront of icing prevention and removal methods. In this approach, it is aimed to prevent ice formation on surfaces heated with electricity (anti-icing) or to remove ice layers on the surface by heating the surface after icing (de-icing). The use of traditional heating materials in existing electrothermal systems restricts the widespread use of these materials due to their limited flexibility and high power consumption disadvantages. More efficient electrothermal heating systems have recently been tried to be developed using innovative materials. In this case, the electrothermal properties of silver nanowire-based composites were investigated. Silver nanowires produced by polyol method were coated on substrates such as glass, PET and PC by spray coating method after purification. After coating, the surfaces of silver nanowires were coated with epoxy or heat resistant acrylic based spray paint to obtain composite heaters. In the optoelectronic measurements performed after production, it was observed that silver nanowire based composites had low resistance and high transparency. In the electrothermal measurements made on the composite, properties such as temperature distribution and heating behavior were examined. Finally, in the ice formation and ice removal tests performed on the surface, it was observed that silver nanowire/PC composites coated with heat resistant acrylic paint exhibited hydrophobic surface properties and rapid ice removal behavior under the applied voltage.