3D-printed hexagonal boron nitride nanosheets/polylactic acid nanocomposites
3B baskılı hekzagonal bor nitrürü nanolevhaları/polilaktik asit nanokompozitleri
- Tez No: 764442
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN, DR. ÖĞR. ÜYESİ SİMGE ÇINAR AYGÜN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Batarya termal yönetim sistemi, Bor nitrür, Nanokompozitler, Üç boyutlu baskı, Battery thermal management system, Boron nitride, Nanocomposites, 3D printing
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Elektronik cihazların tüm sektörlerde kullanılması kaçınılmazdır. Enerji tasarrufunda yapılacak herhangi bir iyileştirmenin küresel bazda büyük etkileri vardır. bu cihazlar küçüldükçe yaydıkları ısı miktarı artar ve bu fazla ısı kullanım ömürlerini önemli ölçüde kısalttığı için, bu cihazların ısı yönetimi enerji tasarrufunda en önemli faktördür. Bu nedenle, mevcut araştırmalar cihazlarda hapsolan ısının çevreye salınmasına odaklanmıştır. Son yıllarda üzerinde birçok çalışma yapılan 2D hekzagonal bor nitrürü (h-BN) nanolevhaları, elektriksel direnci ve yüksek ısıl iletkenliği ile dikkat çekmektedir. Kafes yapısının ve termal özelliklerinin grafen ile benzerliği nedeniyle“beyaz grafen”olarak da bilinmektedir. Bununla birlikte, grafenden farklı olarak h-BN nanolevhaları, elektronik cihazların termal yönetiminin güvenliği için umut verici bir aday olmasını sağlayan bir elektriksel direnç özelliğine sahiptir. Ek olarak, h-BN katmanlarının sayısının azaltılması, yüzey alanını genişletir ve ısı iletimi sırasında fonon saçılımını önler, böylece termal iletkenlik değerini önemli ölçüde artırır. Katmanlı imalat, karmaşık yapıların üretimine olanak sağlayan hızlı ve ekonomik olarak uygulanabilir bir prototip üretim yöntemidir. Ayrıca katmanlı imalat, malzeme kullanımının doluluk yüzdesi, baskı açısı, baskı hızı, deseni ve katman yüksekliği gibi üretimin optimizasyonu için kullanılan birçok parametreyi hesaba katmaktadır. Bu tezde, nanokompozit üretimi için, polilaktik asit (PLA) matriksinin içinde katkı malzemesi olarak h-BN nanolevhaları kullanılmıştır. Bu amaçla, 3B baskıya uygun h-BN nanolevhaları/PLA nanokompozit filamentler hazırlanmış ve daha sonra elektronik cihazların termal yönetimi için ısı dağıtan cihazların 3B baskısında kullanılmıştır. Bu bağlamda, hem bilyalı öğütme hem de kesme eksfoliasyonu yöntemleriyle h-BN eksfoliye edilmiştir. Her iki yöntemde de suda bir aydan fazla stabil olan birkaç katmanlı h-BN nanolevhalar elde edildi. Elde edilen h-BN'in miktarının daha fazla ve birkaç katmanlı olması (<10 katman) nedeniyle ana üretim yöntemi olarak kesme eksfoliasyonu seçilmiştir. Daha sonra ise, h-BN/PLA filamenti üretilmiş ve termal yönetim uygulamaları için ısı soğurucu ve LED ampul tutucu cihazları basılmıştır. İlk uygulamada, ısı soğurucular alt yüzeylerinden ısıtıldı. 3B baskılı h-BN/PLA ısı soğurucunun üst yüzeyinin sıcaklığı, 3B baskılı PLA'dan 6.3 °C daha yüksek ve ticari alüminyum (Al) ısı soğurucudan sadece 1.4 °C daha düşüktür. PLA'nın ısı yayma oranı, hacimce %40 h-BN eklemesi ile %320 artırılmıştır. İkinci uygulamada ise, 3B baskılı LED ampul tutucular, LED ampuller ile montajlanmış ve LED çiplerinin sıcaklıkları görüntülenmiştir. LED çiplerinde tespit edilen en düşük sıcaklık, 120.8 °C ile 3B baskılı h-BN/PLA örneğinde görülmüştür. Ticari LED ampulde sıcaklık 122.1 °C olarak görüldü ve 3B baskılı PLA örneği en yüksek sıcaklığı 136.4 °C gösterdi. Bu deney, h-BN/PLA nanokompozitlerinin LED ampulün ömrünü uzatabileceğini kanıtladı.
Özet (Çeviri)
The use of electronic devices in all sectors is inevitable and any improvement in energy savings has great effects on a global basis. The thermal management of these devices is the most important factor in energy savings because as these devices get smaller, the amount of heat they emit increases, and this excess heat considerably shortens their lifespan. Therefore, current research has focused on the release of heat to the environment rather than trapping it in devices. Hexagonal boron nitride (h-BN) nanosheets, on which many studies have been carried out in recent years, draw attention with their electrical resistivity and high thermal conductivity. h-BN is known as“white graphene”because of the similarity of its lattice structure and thermal properties with graphene. However, unlike graphene, h-BN nanosheets are electrically resistive that makes them promising candidates for the thermal management of electronic devices. In addition, reducing the number of layers of h-BN expands the surface area and prevents phonon scattering during heat conduction, thereby significantly increasing the thermal conductivity value. Additive manufacturing (AM) is a fast and economically feasible prototype production method that allows fabrication of complex structures. In addition, AM considers many parameters such as infill percentage of material use, the angle of printing, printing speed and pattern, and height of each layer that are used to optimize the production. In this thesis, h-BN nanosheets are used as filler materials for the production of nanocomposites with polylactic acid (PLA) matrix. For this purpose, h-BN nanosheet/PLA nanocomposite filaments suitable for 3D printing were prepared, which were then used to 3D print heat dissipating devices for the thermal management of electronic devices. In this regard, h-BN was exfoliated with both ball-milling and shear exfoliation methods. Few-layered h-BN nanosheets stable in water for more than one month were obtained in both methods. Shear exfoliation was chosen as the main production method since it allowed production of large amounts of few layered (<10 layers) of h-BN nanosheets. Afterwards, h-BN/PLA filaments were used to print a heat sink and LED bulb holder for thermal management applications. In the first application, heat sinks were heated from their lower surfaces. The temperature of the upper surface of the 3D printed h-BN/PLA heat sink was found 6.3 °C higher than 3D printed bare PLA and just 1.4 °C lower than that of the commercial aluminum (Al) heat sink. The heat dissipation rate of PLA was found to increase by 320% by adding 40 vol. % h-BN. In the second application, printed LED bulb holders were assembled into a LED bulb and LED temperatures were monitored. The lowest temperature detected on the LED chips was 120.8 °C for the 3D printed h-BN/PLA sample. The temperature of the commercial LED bulb was detected as 122.1 °C and 3D printed bare PLA sample showed the highest temperature of 136.4 °C. This experiment proved that h-BN/PLA nanocomposites can be used to extend the lifetime of LED bulbs.
Benzer Tezler
- Kuyruk modelleri ve analizi üzerine bir uygulama
Başlık çevirisi yok
DİDEM ÖZPULAT
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
İstatistikEge ÜniversitesiBilgisayar Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FİKRET İKİZ
- Bromtimol mavisi, bromkresol moru ve klorfenol kırmızısı indikatörleri katılmış özel besiyerlerinin sütlerde antibiyotik belirtilmesine uygunluğu üzerine araştırmalar
Başlık çevirisi yok
ESENGÜL TUNCER
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Gıda MühendisliğiEge ÜniversitesiSüt Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN YAYGIN
- Tekstil boyamacılığında atık flottede boyama imkanları üzerine araştırma
Başlık çevirisi yok
MEHMET YAKARTEPE
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiEge ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. KERİM DURAN
- Bir pamuk iplikhanesinde fiili çalışma metodlarının incelenmesi ve mevcut işlemlerin standart sürelerinin saptanması
Başlık çevirisi yok
MÜRŞİDE KESEROĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
İşletmeEge ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA NAZMİ ERCAN