Grafen takviyeli nanokompozitlerin mekanik davranışları ve çok ölçekli analizleri
Mechanical behaviors and multi-scale analyses of graphene-reinforced nanocomposites
Yazar: HİLAL GÜLŞEN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ UMUT ÇALIŞKAN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Grafen = Graphene ; Nanokompozitler = Nanocomposites

Özet:
Grafen, son yıllarda malzeme biliminde ve nanoteknolojide büyük ilgi uyandıran çarpıcı özelliklere sahip bir malzeme olarak ön plana çıkmıştır. Tek bir atom kalınlığındaki karbon tabakalarının düzenli altıgen yapısı, grafeni olağanüstü mekanik, elektriksel ve termal özelliklere sahip bir malzeme haline getirir. Bu mükemmel özelliklere sahip grafen tabakaları, nanokompozitlerde takviye olarak kullanılabilir. Bununla birlikte, bu karmaşık sistemlerin mekanik davranışını doğru bir şekilde karakterize etmek ve tahmin etmek, gelişmiş hesaplama teknikleri gerektirir. Grafenin eşsiz mekanik dayanıklılığı ve yüksek yüzey alanı, nanokompozitlerin mekanik, elektriksel ve termal performansını artırma potansiyeli sunmaktadır. Grafen takviyeli nanokompozitlerde, grafenin hacim oranı, kiralitesi, dağılımı, yönelimi ve polimerin genel davranışı nanokompozitin özelliklerini etkilemektedir. Bu nedenle, grafenlerin polimerlere eklenmesinin etkisinin araştırılmasında modelleme ve simülasyonlar çok önemlidir. Bu tez çalışmasında, grafen takviyeli nanokompozitlerin elastik özelliklerini ve mekanik davranışlarını tahmin etmek için arayüzey etkileşimlerine sahip rastgele dağılmış grafen nanokompozitleri içeren yeni bir çok ölçekli modelleme yaklaşımı sunmaktadır. Bu çalışmanın temel amacı, polimer içerisinde öngörülemeyen bir şekilde dağılmış olan grafenlerin bulundukları yerdeki polimer atomları ile oluşturdukları van der Waals bağlarının birebir modellenmesidir. Bu çalışmada bu tekniğin mekanik davranışını etkileyen parametreler araştırılmıştır.

Abstract:
Graphene has come to the fore in recent years as a material with striking properties that has attracted great interest in materials science and nanotechnology. The regular hexagonal structure of single-atom-thick carbon sheets makes graphene a material with exceptional mechanical, electrical, and thermal properties. Graphene sheets with these excellent properties can be used as reinforcements in nanocomposites. However, accurately characterizing and predicting the mechanical behavior of these complex systems requires advanced computational techniques. Graphene's unique mechanical strength and high surface area offer the potential to improve the mechanical, electrical and thermal performance of nanocomposites. In graphene-reinforced nanocomposites, the volume fraction, chirality, distribution, orientation and general behavior of the polymer affect the properties of the nanocomposite. Therefore, modeling and simulations are very important in investigating the effect of adding graphene to polymers. In this thesis, we present several new scale modeling approaches involving randomly distributed graphene nanocomposites with interfacial interactions to predict the elastic properties and mechanical behavior of graphene-reinforced nanocomposites. The main purpose of this study is to model the van der Waals bonds formed by graphene, which is unpredictably dispersed in the polymer, with the polymer atoms in their location. In this study, the parameters affecting the mechanical behavior of this technique were investigated.