3D-PRINTED HEXAGONAL BORON NITRIDE NANOSHEETS/POLYLACTIC ACID NANOCOMPOSITES
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: MUSTAFA CANER GÖRÜR
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Hüsnü Emrah Ünalan
Eş Danışman: Simge Çinar Aygün
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
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.