Layered architectures for enhanced mechanical performance in biocompatible nanocomposite films
Biyouyumlu nanokompozit filmlerde geliştirilmiş mekanik performans için katmanlı mimariler
- Tez No: 1005736
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞE ÇAĞIL KANDEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ted Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Programlar Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Katmanlı ve gradyanlı mimariler, filmlerin mekanik davranışını homojen nanodolgu yüklemesine güvenmek yerine deformasyon yollarını kontrol ederek ayarlamayı mümkün kılar. Bu tezde, temas ve çevrimsel yükleme altında tabaka–tabaka etkileşimlerinin, rijitlik kontrastının ve istifleme sırasının mekanik davranışı nasıl belirlediğini incelemek amacıyla, sulu çözücü döküm yöntemiyle üç katmanlı PVA–bentonit (BNT) sandviç/gradyan filmler üretilmiştir. Gradyan, ters-gradyan ve simetrik sandviç olmak üzere kontrollü derişim dizilerine sahip mimariler, her biri ~70 μm kalınlığında katmanlarla hazırlanmış ve monolitik referanslarla karşılaştırılmıştır. Dispersiyon ve morfoloji XRD ve AFM ile değerlendirilmiştir. Yerel mekanik yanıt, Berkovich nanoindentasyonla düşük ve yüksek tepe kuvveti altında ölçülerek sığ ve daha derin indantasyon rejimleri karşılaştırılmış; çevrimsel indantasyon ile deformasyon kararlılığı ve hasar birikimi incelenmiştir. Sonuçlar, mimarinin gerilme yeniden dağılımı ve arayüz kısıtlaması üzerinden yüzeye yakın mekanik kararlılığı artırdığını ve yüksek dolgu içeriğine bağlı lokalizasyonu azalttığını göstermektedir. En iyi çevrimsel kararlılık ve en tutarlı indantasyon yanıtı, tabakalar arası derişim farkının düşük olduğu (düşük ΔC) sandviç yapılarda elde edilirken; daha büyük kontrastlar daha lokalize ve daha az kararlı deformasyonu teşvik etmiştir. Gradyan yönü zıt olup ΔC'si benzer olan mimarilerin neredeyse aynı indantasyon davranışı sergilemesi, indantasyon uzunluk ölçeğinde deformasyonun esasen gradyan yönünden ziyade tabakalar arası derişim uyumsuzluğu tarafından belirlendiğini göstermektedir. Buna karşılık, çekme testleri makroskopik rijitliğin büyük ölçüde matriks-dominant kaldığını ortaya koymuş ve polimer–kil nanokompozitlerde takviyenin ölçeğe bağlı doğasını vurgulamıştır. Genel olarak, mimari tasarım yerel temas mekaniğini yığın (İng. bulk) çekme özelliklerinden ayrıştırarak, küresel esneklikten ödün vermeden yüzey mekanik kararlılığının hedefli biçimde artırılmasına olanak sağlar.
Özet (Çeviri)
Layered and graded architectures tailor film mechanics by controlling deformation pathways rather than relying on homogeneous nanofiller loading. Three-layer PVA–bentonite (BNT) sandwich/gradient films were fabricated by aqueous solvent casting to investigate how layer–layer interactions, stiffness contrast, and stacking sequence govern mechanical behavior under contact and cyclic loading. Architectures with controlled concentration sequences (gradient, reverse-gradient, and symmetric sandwiches) were produced with ~70 μm per layer and compared with monolithic references. Dispersion and morphology were assessed by XRD and AFM. Local mechanical response was quantified by Berkovich nanoindentation under low and high peak forces, capturing shallow and deeper indentation regimes, while cyclic indentation was used to probe deformation stability and damage accumulation. Results indicate that layered architectures stabilize the near-surface response under nanoindentation by sharing the indentation-induced strain across interfaces, thereby suppressing the localized deformation/instability typically observed at high clay loadings. The best cyclic stability and most consistent indentation response were achieved in sandwich structures with low interlayer concentration contrast (low ΔC), whereas larger contrasts promoted more localized and less stable deformation. Architectures with opposing gradient directions but similar ΔC exhibited nearly identical indentation behavior, indicating that deformation at the indentation length scale is governed primarily by interlayer concentration mismatch rather than gradient orientation. In contrast, tensile measurements revealed that macroscopic stiffness remained largely matrix-dominated, underscoring the scale-dependent nature of reinforcement in polymer–clay nanocomposites. Overall, architectural design enables decoupling of local contact mechanics from bulk tensile properties, allowing targeted enhancement of surface mechanical stability without compromising global compliance.
Benzer Tezler
- Mechanical performance of layered metallic composites processed by accumulative roll bonding
Birikmeli hadde yapıştırması ile işlenmiş katmanlı metalik kompozitlerin mekanik performansı
DHYAI HASSAN JAWAD ALJASHAAMI
Doktora
İngilizce
2019
Makine MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assoc. Prof. Dr. GÜNEY GÜVEN YAPICI
- Aerospace metamaterials and functional coatings
Havacılık metamalzemeleri ve fonksiyonel kaplamalar
AZİZ TANER ASTARLIOĞLU
Doktora
İngilizce
2025
Savunma ve Savunma Teknolojileriİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
DR. NURSEV ERDOĞAN
- Şekil hafıza özelliğine sahip, kendi kendini onarabilen ve doğal nanokompozit destekli poliüretan esaslı yüzey kaplama malzemesi sentezi
Synthesis of polyurethane-based surface coating material with shape memory property, self-healing capability and natural nanocomposite support
BUSE ÇOPUR
- Çok katmanlı ahşap kompozit malzemelerin yapı fiziği performansının PVB destek katmanı ile iyileştirilmesine yönelik deneysel bir araştırma
An experimental study on improving the building physics performance of multi-layered wood composites with a PVB interlayer
TUĞBA TAŞTAN
Doktora
Türkçe
2025
MimarlıkMimar Sinan Güzel Sanatlar ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NAZİRE PAPATYA SEÇKİN TAHTALIOĞLU
- Designing nanostructured silicon frameworks from zintl precursors for high-energy density lithium-ion batteries
Yüksek enerji yoğunluklu lityum-iyon piller için zintl fazlarından nanoyapılı silisyum iskeletlerin tasarlanması
ASLI CEREN CAN