Bor katkılı grafen sentezi ve karakterizasyonu: Yapı malzemesinde uygulanabilirliği
Synthesis and characterization of graphene with boron additive: Applicability in building material
Yazar: GÖKHAN MİRZA DOĞAN
Danışman: DOÇ. DR. HÜSEYİN ARBAĞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Alçı = Plaster ; Bor katkı maddesi = Boron additive ; Grafen oksit = Graphene oxide ; Sıva = Stucco

Özet:
Bu yüksek lisans tez çalışmasında, grafen oksit (GO), indirgenmiş grafen oksit (rGO) ve bor
katkılı indirgenmiş grafen oksit (B-rGO) malzemelerinin alçı sıvasının mekanik özellikleri
üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Grafen oksit numunesi Modifiye Hummers yöntemiyle
sentezlenmiş ve rGO malzemesi GO'in termal indirgenmesi ile elde edilmiştir. Bor katkılı
numuneler emdirme yöntemi ile hazırlanmıştır. Hazırlanan grafen esaslı malzemelerin
yapısal ve fiziksel özelliklerini belirleyebilmek amacıyla H2-TPR, TGA-DTA, ATR-FTIR,
XRD, XPS, N2 Adsorpsiyon-Desorpsiyonu, Raman, SEM ve TEM analizleri gerçekleştirilmiştir. H2-TPR analizleri grafen oksitin 450oC'de indirgenebildiğini göstermiştir. XRD analiz sonuçlarında, rGO numunesinde çok katmanlı grafen yapısı ve B-rGO malzemesinde B2O3 kristalleri görülmüştür. Çok katmanlı grafen oluşumu, Raman analizinin I2D/IG oranından (0,1) da belirlenmiştir. XPS sonuçları, B-rGO numunesindeki B2O3 oluşumunu desteklemiştir. rGO ve B-rGO örneklerinin TEM görüntüleri şeffaf grafen nano tabakalarını göstermiştir. Çalışma kapsamında hazırlanan GO, rGO ve B-rGO
malzemeleri ile baz alçı harmanlanarak alçı numuneleri hazırlanmıştır. Mekanik dayanım
testlerinde eğilme mukavemetini ve basınç mukavemeti testleri gerçekleştirilmiştir. Alçı
sıvaya rGO ilavesi malzemenin eğilme ve basınç dayanımını arttırmıştır. Ancak GO
ilavesinin alçı sıvanın hem eğilme hem de basınç dayanımı üzerinde olumsuz bir etkisi
olduğu belirlenmiştir. Alçı sıvaya rGO (ağırlıkça %0,1) ilavesi eğilme mukavemetini %15,1
ve basınç mukavemetini %3,70 artırmıştır. B-rGO ilavesinin sıvanın basınç dayanımına
(%8,6) olumlu etkisi olmuştur. Grafen esaslı malzeme ilavesinden sonra alçı sıvadaki mikroyapısal değişiklikleri belirlemek için SEM, He Piknometre ve N2 adsorpsiyon-desorpsiyon analizleri yapılmıştır. En önemli değişiklikler rGO katkılı alçı sıva üzerinde gözlendi.

Abstract:
In this study, the effect of graphene oxide (GO), reduced graphene oxide (rGO), and boron-
doped reduced graphene oxide (B-rGO) samples on the mechanical properties of gypsum plaster was investigated. The graphene oxide sample was synthesized by the Modified Hummers method and rGO was obtained by thermal reduction of graphene oxide. Boron-added samples were prepared by impregnation method. The prepared graphene-based materials were characterized using H2-TPR, TGA-DTA, ATR-FTIR, XRD, XPS, N2 adsorption-desorption, Raman, SEM, and TEM analysis. H2-TPR analysis showed that
graphene oxide could be reduced at 450oC. In the XRD analysis results, multilayer graphene
structure in rGO and B2O3 crystals in the B-rGO sample was observed. Multilayer graphene
formation was also determined from the I2D/IG ratio of Raman analysis (0.1). XPS results
supported the formation of B2O3 in the B-rGO sample. TEM images of rGO and B-rGO
samples showed transparent graphene nanosheets. Gypsum samples were prepared by
blending base plaster with GO, rGO, and B-rGO materials prepared within the scope of the
study. Bending strength and compressive strength tests were carried out in mechanical
strength tests. The addition of rGO to gypsum plaster increased the bending and compressive
strength of the material. However, it was determined that the addition of GO had a negative
effect on both the bending and compressive strength of gypsum plaster. rGO (0.1 wt %)
addition into the gypsum plaster increased the bending strength and the compressive strength
by 15.1% and 3.70%, respectively. The addition of B-rGO had a positive effect on the
compressive strength (8.6%) of the plaster. In order to determine microstructural changes in
gypsum plaster after graphene-based materials addition, SEM, He Pycnometry, and N2
adsorption-desorption analyses were performed. Most significant changes were observed
over rGO added gypsum plaster.