Metalosen katkılı metal oksit tabanlı termoelektrik nanokompozit malzemelerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of metalocene doped metal oxide based thermoelectric nanocomposite materials
Yazar: SERHAT KOÇYİĞİT
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM USLU
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Enerji = Energy ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Kimya = Chemistry
Dizin: Karakterizasyon = Characterization ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Serbest enerji = Free energy ; Termoelektrik = Thermoelectric

Özet:
Günümüzde enerji ihtiyacı ve enerji sarfiyatı gün geçtikçe artmaktadır. Hem enerji kaynaklarının tükenme tehlikesiyle karşılaşılması, hem de enerji tüketiminin geçtiğimiz yıllara göre çoğalması ücretsiz enerji sistemleri alanlarında çalışmaların yoğunlaşılmasına yol açmıştır. Ücretsiz enerji sistemlerinden atık ısının değerlendirilerek enerji üretimine olanak sağlayan termoelektrik sistemler en önemlilerinden bir tanesidir. Bu malzemeler kendi özelliğinden dolayı ortamdaki ısı farkını elektrik enerjisine dönüştürebilirken, tersinir olarak da çalışarak herhangi bir voltaj değeri verilirse malzemenin bir tarafı soğukken diğer tarafı sıcak olacaktır. Bu çalışmada metalosen katkılanması amaçlanarak bu malzemelerin yanı sıra PEDOT:PSS, SWCNT ve kobalt oksit gibi katkılamalar yapılmıştır. Metalosen malzeme olarak ferrosen, nikelosen ve kobaltosen kimyasalları kullanılmıştır. Bu kapsamda 15 örnek elektrospin yöntemi, diğer 15 örnek ise polimer film yöntemiyle elde edilmiştir. Elektrospin yöntemiyle üretilen örneklerin SEM ve BET özellikleri incelenebilmiş, bunun dışında herhangi bir sonuç alınamamıştır. Polimer film yöntemiyle üretilen maddelerin karakterizasyonları ise XRD, FTIR, SEM, UV-Vis-NIR, DSC ve TGA cihazları yardımıyla alınmıştır. Polimer Film yöntemiyle üretilen örneklerin termoelektrik özelliklerinin belirlenmesinde sıcaklığa bağlı olarak termal iletkenlik verileri ölçülebilmiş, polimer film yöntemiyle üretilen 15 adet örneğin sadece 6 adetinin elektriksel iletkenlik ve Seebeck katsayısı verileri ölçülmüş, bu veriler yardımıyla yapılan hesaplamalar sonucu zT değeri bulunmuş ve sonuçlar grafik haline getirilmiştir. Veriler sonucunda, en düşük termal iletkenlik değerine sahip olan 3 nolu örnek olup yaklaşık 80 °C'de 0,015 W/m·K olarak ve en yüksek elektriksel iletkenlik özelliğine sahip malzeme 14 nolu örneğin yaklaşık 26 °C'de elektriksel iletkenliğinin 139,61 S/m olduğu tespit edilmiştir. Seebeck katsayısında en yüksek değeri olan 6 nolu örneğin yaklaşık 53 °C'ye karşılık gelen 59,044 µV/K değerine sahip olduğu ve ferrosen katkılı malzemelerden PEDOT:PSS, ferrosen, SWCNT ve kobalt oksit içeren 14 nolu örnekte zT verilerine ulaşılmış olup en yüksek zT değeri 3,16x10-4 olarak hesaplanmıştır. Bu sonuçlara göre üretilen malzemeler ticarileşme boyutunda olmasa da geliştirilecek yöntemler ile daha güçlü sonuçların ortaya çıkacağı düşünülmektedir.

Abstract:
Today, energy needs, and energy consumption are increasing day by day. Both the danger of depletion of energy resources and the increase in energy consumption compared to previous years have led to intensification of studies in the fields of free energy systems. One of the most important features of free energy systems is thermoelectric systems that provide energy production using waste heat. While these materials can convert the temperature difference in the environment into electrical energy due to their own characteristics, if any voltage value is given by working reversibly, one side of the material will be cold while the other side is hot. In this study, metallocene doping was aimed and additions such as PEDOT:PSS, SWCNT and cobalt oxide were made in addition to these materials. Ferrocene, nickelocene and cobaltocene chemicals were used as metallocene materials. In this context, 15 samples were obtained by the electrospin method, and the other 15 samples were obtained by the polymer film method. The SEM and BET properties of the samples taken using the electrospin method could be checked, but no other results could be obtained. The characterizations of the materials produced by the polymer film method were taken with the help of XRD, FTIR, SEM, UV-Vis-NIR, DSC and TGA devices. In determining the thermoelectric properties of the samples, thermal conductivity results were obtained depending on the temperature, electrical conductivity and Seebeck results of only 6 of the 15 samples produced by the polymer film method were obtained. As a result of the data, the sample number 3 with the lowest thermal conductivity value is 0.015 W/m·K at approximately 80 °C, and the electrical conductivity of the sample number 14 with the highest electrical conductivity is 139.61 S/m at approximately 26 °C. The zT data were obtained in the sample no. 14, which has the highest value in the Seebeck coefficient, with a value of 59,044 µV/K corresponding to approximately 53 °C, and containing the ferrocene doped materials PEDOT:PSS, ferrocene, SWCNT and cobalt oxide. It is calculated as 3.16x10-4. Although the materials produced according to these results are not in the commercialization dimension, it is thought that stronger results will emerge with the methods to be developed.