Phd Degree / Doktora

Permanent URI for this collectionhttps://hdl.handle.net/11147/2869

Browse

Filters

2017 - 2019152020 - 202515

Settings

Department: search.filters.department.Thesis (Doctoral)--İzmir Institute of Technology, Materials Science and Engineering

Search Results

Now showing 1 - 10 of 30
  • Doctoral Thesis
    Production and Applications of Si-Based Aerogels
    (01. Izmir Institute of Technology, 2025) Erdemir, Öykü İçin; Ahmetoğlu, Çekdar Vakıf
    Bu tez, Si-bazlı polimerik ve seramik aerojellerin ve kompozit yapılarının polimer türevli seramik (polymer derived ceramic, PDC) yaklaşımıyla üretimini ve uygulamalarını araştırmaktadır. Polimerik, hibrit ve seramik yapıdaki saf aerojeller ve köpük-aerojel kompozitleri, işleme-yapı-özellik ilişkileri açısından derinlemesine analiz edilmiştir. İlk bölüm aerojeller, PDC'ler, motivasyon ve hedeflere genel bir bakış sunmaktadır. 2. Bölüm, ortam basıncında kurutma (ambijeller) ve CO2 süperkritik kurutma yoluyla kolayca temin edilebilen bir polisiloksan polimeri kullanılarak üretilen SiOC ambi/aerojellerinin tasarımı ve performansına ilişkin araştırmayı sunmaktadır. Bu malzemeler, oda sıcaklığında (0,046 W·m–1·K–1) ve 500 °C'de (0,073 W·m–1·K–1) düşük ısıl iletkenlikle birlikte umut verici yağ emilimi (3,1 g·g–1'e kadar) ve su temizleme performansı sergilemiştir. Bölüm 3, ticari yalıtım panellerine kıyasla 1200 °C'ye kadar bütan meşalesi altında üstün yalıtım ve mekanik özelliklerini koruyabilen, çeşitli formlara işlenebilir, yüksek gözenekli aerojel monolitlerinin üretim fizibilitesini gösteren SiOC köpük-aerojel kompozit yaklaşımını ele almaktadır. Bölüm 4, monolitik hibrit ambi/aerojellerin geliştirilmesini inceleyerek, yağ/organik çözücü temizliği için potansiyellerini vurgulamaktadır. Bu aerojeller, yağ için 13 g·g–1'e ve çözücüler için 11 g·g–1'e kadar ulaşan yüksek sorpsiyon kapasiteleri göstermektedir ve organik çözücülerle birden fazla rejenerasyon döngüsü boyunca kararlı sorpsiyon sağlamaktadır. Bölüm 5, yüksek ve düşük sıcaklıklarda olağanüstü termal yönetim elde etmek için SiOC köpüğü ve silika aerojeli birleştiren inorganik kompozitlerin tasarımını incelemektedir. Genel olarak, Si bazlı polimerik ve seramik aerojeller, düşük termal iletkenlik, verimli termal yalıtım, yüksek sıcaklık stabilitesi ve atık su arıtımı dahil olmak üzere umut verici çok işlevli özellikler sergilemiştir.
  • Doctoral Thesis
    Modelling of moiré superlattices of heterobilayer structures using continuum quantum Monte Carlo Methods
    (01. Izmir Institute of Technology, 2024) Çınar, Mustafa Neşet; Güçlü, Alev Devrim; Adem, Umut
    Geçiş metali dikalkojenitlerinin Moiré heteroyapıları, yarı dolumda yalıtkan hal, Wigner kristalizasyonu ve gezgin (Stoner) ferromanyetizması gibi egzotik fiziksel olgular göstermektedir. Gezgin (Stoner) ferromanyetizması, benzer enerji seviyelerindeki elektronlar arasındaki değişim etkileşimlerine bağlı olarak tercih edilen ferromanyetik konfigürasyonlar ile açıklanabilmektedir. Bu tür malzemelerde yük taşıma dinamikleri üçgen örgü oluşturan ve moiré potansiyeli adı verilen bir potansiyel tarafından belirlenmektedir. Moiré potansiyel, sonlu yapılar için Gausyenlerin bir toplamı olarak tanımlanabilmektedir. Sıkı Bağlam (TB) modeli, gerçek uzayda lokalize orbitaller kullanılarak etkileşmeyen parçacıklara sahip elektronik sistemleri anlamak için kullanılan en basit yaklaşımdır. Hubbard modeli, elektronlar arasındaki Coulomb itme kuvvetinin dahil edilmesiyle sıkı bağlam modelinin çok cisimli bir uzantısıdır. Hubbard modelinin ortalama alan yaklaşımı (ortalama alan Hubbard, MFH) temel hali öz-uyumlu bir şekilde çözmek için kullanılabilmektedir. Varyasyonel Monte Carlo (VMC) ve Difüzyon Monte Carlo (DMC); korele elektronların temel hal enerjilerini ve spine bağlı yoğunluklarını hem gerçek hem de yapay örgülerde doğru bir şekilde elde etmek için kullanılmaktadır. Deneme dalga fonksiyonları, VMC ve DMC hesapları için Slater-Jastrow formunda verilen başlangıç dalga fonksiyonlarıdır. Bu çalışmada, sonlu büyüklükteki moiré heteroyapıların manyetik fazlarını araştırmak üzere MoSe$_2$/WS$_2$ hetero-çift katmanları için sonlu moiré potansiyeli tanımlanarak VMC ile optimize edilmiş TB ve temel hal MFH orbitalleri kullanılarak DMC hesapları gerçekleştirilmiştir. Bulgularımız, van Hove tekilliğinin bulunduğu 3/2 dolumda ferromanyetik temel halin varlığını göstermektedir. Daha büyük potansiyel için 1/3 dolum civarında uyarılmış hal olarak Wigner kristali gözlenmektedir.
  • Doctoral Thesis
    Exploring the role of large organic cations in halide perovskite nanocrystal formation and surface passivation
    (01. Izmir Institute of Technology, 2024) Güvenç, Çetin Meriç; Balcı, Sinan; Adem, Umut
    Kurşun halojenür perovskit nanokristalleri, kusur toleransı, tüm görünür spektrumda ayarlanabilir bant aralıkları, sentez kolaylığı, yüksek fotolüminesans kuantum verimleri, hızlı radyasyon oranları gibi mükemmel özellikleri nedeniyle son on yılda büyük ilgi görmüştür. Perovskit nanokristalleri, ışık yayan diyotlar, fotodedektörler ve kuantum teknolojileri için cihazlar gibi optoelektronik cihazlar için büyük bir gelecek vaat etmektedir. Geleneksel perovskit nanokristalleri, perovskit kafesinin A-bölgesinde Sezyum (Cs), metilamonyum (MA) ve formamidinyum (FA) katyonlarını içerebilir. Bu tezde, daha büyük katyonların, özellikle guanidinyum (GA) ve etilamonyumun (EA) perovskit yapısı üzerindeki etkisini araştırdık. İlk bölümde kolloidal nanokristaller tanıtılmakta ve halide perovskit nanokristallerinin temelleri verilmektedir. İkinci bölümde saf L2[GAPbI3]PbI4 Ruddlesden-Popper perovskitlerinin ve FA ile alaşımlarının sentezi ve optik özellikleri sunulmaktadır. Üçüncü bölümde, oda sıcaklığında guanidinyum kaynaklı CsPbX3 (X = Cl, Br) nanoküplerinin oluşumunu açıklıyoruz. GA, büyük iyonik yarıçapı nedeniyle APbX3 kafeslerine sığamaz ancak ekstra amino grupları aracılığıyla perovskit yüzeylerini etkili bir şekilde pasifleştirir. Son bölümde, daha önce hiç bildirilmemiş bir malzeme olan EAPbI3 perovskit nanokristallerinin sentezini ve karakterizasyonunu bildiriyoruz. Perovskit ailesinin yeni üyesi, 6,43 Å'lik dikkate değer derecede büyük bir kafes sabitine sahiptir. Fotolüminesans (PL) emisyonu, nanokristal boyutunu ayarlayarak 664–690 nm aralığında ayarlanabilir. Bu bulgular, büyük organik katyonların hem perovskit nanokristallerinin kafes hem de yüzey özelliklerini ayarlamadaki potansiyellerini göstermektedir.
  • Doctoral Thesis
    Green synthesis of silver nanowires and novel assembly technique for iron oxide nanocubes
    (01. Izmir Institute of Technology, 2024) Güvenç, Tuğçe Aybüke Arıca; Balcı, Sinan; Adem, Umut
    Gümüş nanoteller, mükemmel elektriksel iletkenlikleri, plazmonik davranışları ve esneklikleriyle bilinir ve bu nedenle çeşitli gelişmiş uygulamalar için oldukça uygundurlar. Bu tez çalışması, gümüş nanotellerin hem çevre dostu sentezini, hem de biyomedikal uygulamalarda gelişmiş manyetik nanoyapılar için bir şablon olarak ikili rolünü araştırmıştır. Çalışmanın ilk bölümünde, geçiş metali tuzlarının gümüş nanotellerin morfolojisini kontrol etmedeki etkisi araştırılmıştır. Çevre dostu indirgeyici madde olarak gliserolün kullanılması, belirli geçiş metali tuzlarının nanotel morfolojisini önemli ölçüde etkileyebileceğini göstermiştir. Deneysel koşulların dikkatli bir şekilde optimize edilmesiyle, gümüş nanoteller yüksek en boy oranlarıyla başarıyla sentezlenmiştir. Bu yeşil sentez yaklaşımı, esnek elektronik, sensörler ve daha fazlası için nanoteller üretmek için sürdürülebilir bir yol sağlar. İkinci bölümde, gümüş nanoteller, demir oksit nanoküplerin manyetik hipertermi performansını artırmak için yüksek yüzey alanlı bir şablon olarak sunulmuştur. Demir oksit nanoküpler, manyetik anizotropilerini artırmak için gümüş nanotellerin yüzeyine dekore edilmiştir. Manyetik karakterizasyon ve özgül emilim oranı analizi, bu yapının uygulanan manyetik alan koşullarına bağlı olarak değişen manyetik alanlar altında ısıtma verimliliğini artırdığını ve tek başına demir oksit nanopartiküllerinden daha üstün performans gösterdiğini ortaya koymaktadır.
  • Doctoral Thesis
    Optimization of Zinc Oxide Based Metal - Semiconductor Junction Interface Properties and Applications for Optoelectronic Devices
    (01. Izmir Institute of Technology, 2024) Güzelaydın, Abdurrahman Halis; Tarhan, Enver
    This thesis manifests an experimental investigation on the optoelectronic characteristics of wide band gap thin film zinc oxide semiconductor – metal junction and performance enhancement of ultraviolet photo detectors fabricated utilizing this metal-semiconductor interface. Pristine zinc oxide, aluminum doped zinc oxide and amorphous In-Ga-Zn-O thin film samples with thicknesses varying between 50-250 nm were fabricated from 2' ceramic targets via magnetron sputtering method. Surface properties and thus the zinc oxide – metal junction interface was optimized by altering sputtering parameters. Sputtering gas pressure, power and temperature was varied between 1.5 – 5 mTorr, 50 – 120 W and 25 – 500 °C, respectively. To determine the effects of energetic ion bombardment on the films' surface properties, biases ranging from 5 to 15 W were applied to the substrates during depositions. A 5 nm thick silicon dioxide passivation layer was deposited on zinc oxide thin films to suppress persistent photoconductivity effect. Furthermore, a thermal treatment under ultraviolet irradiation and was applied specifically to amorphous In-Ga-Zn-O thin films after device fabrication to improve their ultraviolet sensing capabilities. Optoelectronic spectral responses of devices were assessed experimentally by using transient photocurrent spectroscopy method. An ultraviolet light source with a 275 nm peak wavelength at 500 µW power was used as illumination source. All devices exhibited photoconductor behavior with ohmic metal-semiconductor junctions under 5 V bias. Amorphous In-Ga-Zn-O Sample 10 attained a dark current of 140 nA and reached a photocurrent level of 3.8 µA with a photo-to-dark current ratio of 27, yielding a spectral response of 1830 A/W. The calculated external quantum efficiency for this device was 825000%.
  • Doctoral Thesis
    Quantum Thermal Conductivity of Low-Dimensional Disordered Materials
    (2023) Kurt, Gizem; Sevinçli, Haldun; Çakır, Özgür
    The shrinking of technological devices leads to the emergence of exotic heat con- duction behaviors such as quantization of thermal conductivity, phonon tunneling, and ballistic conduction. Understanding and exploiting these quantum effects is crucial for advancing technologies such as thermal management and designing advanced materi- als in nanoscale systems. This research has focused on two topics: the possibility of constructing a device based on phonon tunneling and the quantum thermal conductiv- ity of amorphous graphene, which shows quantum effects on room temperature due to strong carbon-carbon bonds. In doing so, we calculated the transmission coefficients using Green's functions for both systems, and the Kubo-Greenwood method was used ad- ditionally for amorphous graphene. We worked in the harmonic limit since the scattering due to the material's internal structure is the dominant scattering mechanism in disordered materials. Thermal conductivities were calculated using the Landauer formulation. For the distribution function in the Landauer formula, two different distribution functions, Bose-Einstein and Maxwell-Boltzman, were used to determine the quantum and classical thermal conductivities. A thermal chromator and a medium with a phononic gap were adjoined and placed between two thermal reservoirs to construct the phonon tunneling device. The depen- dency of transport properties on the gap system's length is investigated. Results reveal the possibility of building such a device. Besides, the classical thermal conductivities of amorphous graphene are almost twice as high as the quantum thermal conductivity, which shows that quantum thermal conductivity determines the thermal properties in high Debye materials where phonon-phonon interactions are suppressed.
  • Doctoral Thesis
    Development of Computational Models To Predict the Toxicity of Advanced Materials
    (01. Izmir Institute of Technology, 2023) Bilgi, Eyüp; Karakuş, Ceyda Öksel; Bedir, Erdal
    The aim of this study is to harness computational power to enhance existing knowledge on NM safety and to optimize the use of existing nanotoxicity data. The primary goal is to support the safe(r)-by-design concept, necessitating early integration of safety considerations into NM design through structural manipulation strategies. This thesis focuses on three case studies: zinc oxide, silver, and gold NP, using data manually collected from the literature. Analyses with zinc oxide and silver NP revealed a correlation between their toxicity and both internal (intrinsic properties, size, shape, surface charge) and external (cell and analysis-related properties) factors. For zinc oxide, it was found that coating had significant influence on cell viability, with a critical threshold identified at 20 µg/ml concentration and 10 nm size. Similarly, for silver NPs, concentration, size, and exposure time were significant factors. Coating with organic macromolecules increased cell viability, whereas green-synthesized NPs (using bacteria, plant extracts, algae) decreased it. The gold NP study highlighted that ensemble methods were more effective in elucidating complex relationships, with cellular uptake linked to particle size, zeta potential, concentration, and exposure time. Overall, this thesis contributes to safer-by-design strategies, crucial for developing commercially viable and safe NMs. The findings advocate for a broader toxicity evaluation approach, considering various physicochemical aspects and experimental procedures. The complex interactions observed suggest that advanced algorithms are necessary for accurate modeling, supporting the optimization of experimental parameters in NP engineering for biomedical applications.
  • Doctoral Thesis
    Production and Characterization of Ceramic Components Via Current Sintering Techniques
    (01. Izmir Institute of Technology, 2023) Karacasulu, Levent; Ahmetoğlu, Çekdar Vakıf; Adem, Umut
    This dissertation aims to utilize contemporary advanced sintering techniques such as cold sintering, reactive hydrothermal liquid phase densification, fast firing, flash sintering, and ultrafast high-temperature sintering for sintering of various ceramic materials. The ceramics produced through these methods are compared with their traditional counterparts in terms of processing-structure-property relationships. In the first section, a brief overview of the advanced sintering techniques used is provided. Chapters 2-7 give a review study on low-temperature densification techniques, and the studies conducted using the cold sintering process and reactive hydrothermal liquid phase densification process, namely cold sintering techniques, which allow densification below 400 °C. Chapters 8&9 presents research related to ceramic materials produced via the fast-firing technique with rapid heating rates compared to conventional sintering, widely employed in the industry. Chapters 10-12 cover sintering studies conducted utilizing joule heating based sintering techniques allowing very fast heating rates such as flash sintering and ultrafast high-temperature sintering. Chapter 13 presents a comparison of current sintering techniques used in terms of applicability, equipment, materials, and so on. The pros and cons of such techniques were explained. In conclusion, there may be no guarantee that every ceramic material will yield successful results in all sintering processes. It is essential to recognize that each sintering process occurs within distinct sintering mechanisms. The selection of the appropriate advanced sintering method and conditions should be based on an assessment of the specific material's characteristics and the desired properties in the final product.
  • Doctoral Thesis
    Lead-Free Ferroelectric Ceramics for Energy Storage and Electrocaloric Cooling Applications
    (01. Izmir Institute of Technology, 2022) Karakaya, Merve; Karakaya, Merve; Adem, Umut; Adem, Umut
    This thesis study consists of five main chapters that include an introduction about the principles and applications of ferroelectrics and four chapters on different lead-free ferroelectric ceramic systems developed for the energy storage and electrocaloric cooling applications. In the first chapter, the principles of ferroelectricity and dielectric, piezoelectric and pyroelectric properties of ferroelectrics are introduced followed by the applications considered in this thesis: Electrocaloric cooling and capacitive energy storage. In the second chapter, the effects of bismuth lithium titanate incorporation into sodium bismuth titanate-barium titanate systems on the energy storage properties have been discussed. In addition, it has been calculated that these compositions have improved energy storage properties close to the high values obtained in the literature. In the third chapter, the effect of two different manganese precursors on the probability of defect dipole formation, ferroelectric aging and resulting manganese valences of ceramics were investigated by manganese doping on barium strontium titanate base ceramics. In addition, their electrocaloric properties were investigated by indirect method. In the fourth chapter, electrocaloric properties of barium titanate - sodium bismuth titanate systems has been investigated. The increase in tetragonality by sodium bismuth titanate incorporation has been verified by Rietveld refinement and those compositions were shown to be suitable for electrocaloric applications. In the fifth chapter, a sodium bismuth titanate - potasium bismuth titanate composition which is in morphotropic phase boundary, was synthesized by templated grain growth method, and the effect of orientation on the electrocaloric effect was investigated by direct and indirect measurements.
  • Doctoral Thesis
    Biological Nano Silica Reinforced Polymeric Composites
    (01. Izmir Institute of Technology, 2022) Ülker, Sevkan; Güden, Mustafa
    The present thesis study focused on processing nano-silica powders of varying sizes and crystallinities through heat treatment (900–1200 °C), hydrofluoric acid leaching (1–7 N), and ball milling (1 h, 500 rpm) of natural diatom frustules. As-received frustules was composed of amorphous silica (88%) and quartz. The partially ordered crystalline low-quartz and/or precursor to low-cristobalite started to form at ~900 °C. As the heat treatment temperature increased, the crystallinity of the frustules increased from 9.3% at 25 °C to 46% at 1200 °C. Applying a ball milling reduced the mean particle sizes of the as-received and heat-treated frustules from 15.6–13.7 μm to 7.2-6.7 μm, respectively. Acid leaching of the as-received and heat-treated frustules resulted in a further increase in the crystallinity. Furthermore, ball milling applied after an acid leaching was very effective in reducing the particle size of the as-received and heat-treated frustules. The mean particle size of the acid-leached frustules decreased to 774-547 nm with a crystallinity varying between 12 and 48% after ball milling. A partially dissolved amorphous phase was observed in between crystalline silica grains after acid leaching, which resulted in a rapid fracture/separation of the frustules in ball milling. The prepared nano-silica powders were further used as a filler in an epoxy matrix. The tensile strength, fracture strain, and modulus of epoxy increased with increasing the volume percent of nano-silica up to 2%. The increase in the yield strength and elastic modulus was about 50% and 30% with the addition of 2 vol% frustules, respectively. The rule of mixtures showed a very good agreement with the experimental elastic modulus values and a numerical model of the tensile test in LS-DYNA agreed well with the experimental tensile stress-strain behavior. The microscopic observations showed the presence of nano-silica powder, proving an efficient load transfer from matrix to powders on the fracture surfaces, confirming a strong interface between silica powders and matrix.