Zirkonyum tabanlı katkılı perovskit kompozitlerin hazırlanması ve soğurucu özelliklerinin incelenmesi
Preparation of zirconium-based doped perovskite compositesand investigation of their absorbing properties
Yazar: EKREM BATUHAN GÜNDEN
Danışman: DOÇ. DR. ÜMİT HÜSEYİN KAYNAR
İZMİR BAKIRÇAY ÜNİVERSİTESİ / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Akıllı Mühendislik Sistemleri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology
Dizin: Elektrospinning = Elektrospinning ; Radyasyon = Radiation ; Soğurma = Absorption

Özet:
Dünya üzerindeki tüm canlılar, toprak, hava veya suda olmaları fark etmeksizin, sürekli doğal veya yapay radyasyon kaynaklarından gelen ışınıma maruz kalmaktadırlar. Radyasyonun zararlı etkilerinden korunmak için üç temel önlem alınmalıdır: zaman, mesafe ve zırh. Radyasyona maruz kalma süresi veya kaynağa olan yakınlık arttıkça, alınan doz da artar. Radyoaktif maddeler kilometrelerce uzaklıktan bile güçlü radyasyon yayabilir ve bu etkilerden korunmanın tek yolu zırhlamadır. Farklı radyasyon tipleri için farklı zırhlar gereklidir; özellikle yüksek penetrasyon gücüne sahip gama radyasyonu için ağır kurşun bloklar ve plakalar kullanılır. Ancak, kurşunun ağırlığı, yüksek sıcaklıklarda erime özelliği ve zehirli yapısı nedeniyle kullanımı zor ve risklidir. Bu sebeple, günümüzde doğal, teknolojik ve sağlık uygulamaları kaynaklı radyasyon soğurma özellikleri artırılmış ve kullanıma uygun yeni malzemelerin sentezlenmesi önem kazanmaktadır.
Bu amaçla tez çalışmasında İlk olarak, radyasyon soğurucu olarak Zirkonyum Tabanlı katkılı perovskit (SrZrO3-SZO) sentezi sol-gel tutuşma yöntemi ile gerçekleştirilmiş ve farklı elementler ile aynı yöntemle nano boyutta katkılama işlemi yapılmıştır. Üretilen özgün nano partikülleri elektrospin yöntemi PVDF içerisinde Fiber kumaşlara dönüştürülmüştür. Elde edilen nano malzemelerin yapısal oluşumları XRD analizleri ile kontrol edilmiştir. Sentezlenen malzemeler ve fiber kumaşların yapısal görüntüleri SEM teknikleri kullanılarak incelenmiştir. Farklı yapılarda ve oranlarda üretilen nano kompozit fiberlerin beta ve gama radyasyonu soğurma özelliklerinin yanı sıra kütle soğurma katsayısı (µ/r, cm²g⁻¹) hesaplanmıştır. Ana host yapı SZO içerisine Bi, Ba, Pb ve Gd gibi katkı elementleri ile bunların yüzde miktarı ve fiber içerisindeki oranına bağlı olarak kompozitlerin beta ve gama soğurma katsayıları değişiklik göstermektedir.
Çalışmanın sonucunda, beta ve gama radyasyonunu en iyi soğuran fiber kompozitlerin Ba katkılı SZO (PVDF) olduğu belirlenmiştir. Ana host yapı olan SZO içerisine katkılanan (Ba) elementi ile dökülen kumaşların farklı katmanlı kumaşlarda bile birbirine yakın soğurma katsayıları gözlenmiştir. Çalışmada beta soğurma deneylerinde; katkısız SZO (PVDF) fiber kompozit için soğurma katsayısı 1,33 cm-1 bulunurken en yüksek soğurma katsayısı olan Ba katkılı SZO için 5,68 cm-1, Gama soğurma deneylerinde ise katkısız SZO (PVDF) fiber kompozit için soğurma katsayısı 1,27 cm-1 bulunurken en yüksek soğurma katsayısı olan Ba katkılı SZO için 5,13 cm-1 olarak bulunmuştur.
Elde edilen bu yapıların sağlık ve güvenlik alanları başta olmak üzere birçok sektöre kurşun içermeyen ve daha yüksek kapasiteli soğurucu malzeme olarak fayda sağlayacağına inanmaktayız. Bu çalışma, radyasyonu soğuran malzemelerin geliştirilmesinde nanoteknolojinin potansiyelini ortaya koymakta ve elektrospin teknolojisinin bu alandaki uygulamalarına önemli bir katkı sağlamaktadır.

Abstract:
One of the major problems in the application of nuclear technology is the protection from radiation. The most effective way to achieve this is through the use of shielding materials suitable for radiation. Recently, there has been an increase in research on new materials that could serve as alternatives to existing shielding materials for more effective radiation protection. In this study, a nano SZO structure, embedded with different elements into the main matrix structure (PVDF) in fiber form, was examined for its potential use in nuclear environments where the absorption of gamma rays generated during the process of blocking and absorbing beta and gamma radiation is necessary. The goal was to obtain a fiber fabric structure with the highest absorption capacity using the electrospinning technique by positioning the most efficient additive elements within the main structure.
First, SZO synthesis was carried out using the sol-gel combustion method, and the elements were added using the same method. The structural formations of the produced unique nanoparticles were controlled using XRD analyses. The synthesized structures and fiber casting images were examined using SEM techniques. The beta and gamma radiation absorption properties and the mass absorption coefficient (µ/r, cm²g⁻¹) of the nano-composite fibers produced in different structures and ratios were calculated. The beta and gamma absorption coefficients of the composites vary depending on the percentage amount and the ratio of the elements such as Bi, Ba, Pb, and Zr added to the SZO main host structure.
As a result of the study, it was determined that the fiber composites that best absorb beta and gamma radiation were SZO-Bi (PVDF). Similar absorption coefficients were observed in the fabrics cast with the (Bi) element added to the SZO main host structure, even in different layered fabrics. In the beta absorption experiments of the study; while the absorption coefficient for the non-doped SZO (PVDF) fiber composite was found to be 1.45 cm⁻¹, the highest absorption coefficient was 3.61 cm⁻¹ for the Bi-doped SZO. In the gamma absorption experiments, the absorption coefficient for the non-doped SZO (PVDF) fiber composite was found to be 2.86 cm⁻¹, while the highest absorption coefficient was 14.15 cm⁻¹ for the Bi-doped SZO.
We believe that these obtained structures will benefit many sectors, especially in the fields of health and safety. This study highlights the potential of nanotechnology in the development of radiation-absorbing materials and makes a significant contribution to the applications of electrospinning technology in this field.