Yazar
Al-Jubouri, Laith Clear İsmail
Basım Tarihi
2018-08
Konu
Makine Mühendisliği
Tür
Belge
Dil
İngilizce
Dijital
Evet
Yazma
Hayır
Kütüphane
Özyeğin Üniversitesi
Kayıt Numarası
223dc464-048d-45be-b033-a1ccfc409735
Lokasyon
Makine Mühendisliği Bölümü
Tarih
2018-08
Örnek Metin
Nanopartikül süspansiyonları (NPS'ler), bir baz akışkan içinde küçük dielektrik veya metalik parçacıkların (<100 nm boyutlarında) kullanıldığı katı-sıvı karışımlarıdır. NPS'ler benzersiz ve ayarlanabilir termo-optik özelliklere sahiptir ve bu nedenle, bir baz akışkanla karşılaştırıldığında ısı transferinde kayda değer bir artış gösterdikleri farklı sistemlerin termal verimliliğini artırmak için yaygın olarak kullanılabilirler. Foto-termal enerji dönüşümü için kullanılan güneş termal sistemlerinin etkinliği, çalışma ortamı tarafından ışınım enerjisini absorbe etme yetenekleriyle ölçülür; bu tür uygulamalar için NPS'ler geleneksel akışkanlardan çok daha iyi bir seçimdir. Işınım ve optik özellikler önemli rol oynadığından, bir nesnenin görünümünü iyileştirmek veya değiştirmek için ayarlanabildiklerinden NPS'ler kaplamalarda da kullanılmıştır. Her ne kadar NPS'ler bu uygulamalar için oldukça ümit verici görülse de, bunların stabilitesi ve uzun vadeli kullanımı konusunda bazı endişeler bulunmaktadır. NPS'lerde partikül topaklaşması, kullanımları açısından karşılaşılan en önemli zorluklardan biri olmaya devam etmektedir. Tüm bu uygulamalarda, pH değeri ve bunun parçacık topaklaşması üzerindeki etkileri, nanoparçacıkların stabilite davranışı ve dolayısıyla enerjinin ışınımsal transferi üzerinde önemli etkiye sahip olabilir. Bu tür sorunları önlemek amacıyla partikül süspansiyonlarında kullanılan iki yaklaşım arasında sterik ve elektrostatik stabilizasyon yöntemleri yer almaktadır. Termal uygulamalarda özellikle yüksek sıcaklıktaki uygulamalarda genellikle elektrostatik stabilizasyon yöntemi tercih edilmektedir. Bu tezde, bireysel (su/TiO2 ve su/Al2O3) ve hibrit (su/TiO2+Al2O3) nanopartikül süspansiyonlarının stabilitesini ve optik özelliklerini belirlemek amacıyla hem deneysel hem de teorik araştırmalar yapılmıştır. Deneysel çalışmalar nanopartikül süspansiyonlarının hazırlanmasını, karakterizasyonunu ve optik özellik ölçümlerini içermektedir. Elektrostatik stabilizasyonun (zeta potansiyeli ve pH değerleri), topaklanma davranışı nedeniyle parçacıkların boyutu ve yapısı üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Farklı koşullardaki nanopartikül süspansiyonları için partikül boyutu dağılımı ve ortalama (etkili) partikül aglomerat boyutu (pH ve partikül hacim fraksiyonu), dinamik ışık saçılımı (DLS) tekniği kullanılarak ölçüldü. Farklı pH değerleri altında farklı parçacık topaklarının bağımlı ve bağımsız saçılma ve bunların sınırları üzerindeki etkileri araştırılmış ve farklı koşullar için sınırları çizilmiştir; burada parçacık ile parçacık yüzeyi arasındaki mesafe ile farklı parçacık türleri için gelen dalga boyu arasındaki ilişki araştırılmaktadır. Parçacık topaklaşmasının (benzer ve farklı parçacık topaklaşmaları), parçacık boyutu dağılımının etkileri ve bunların nanopartikül süspansiyonlarının ışınım özelliklerine katkıları, UV-Vis spektroskopi tekniği kullanılarak belirlenir. Sayısal kısım, deneysel çalışmalardan elde edilen ortalama (etkili) parçacık aglomerat boyutuna dayalı olarak optik ve ışınımsal özelliklerin ve termal ışınım aktarımının çalışmasını içeriyordu. Nanopartikül süspansiyonlarının optik ve ışınım özellikleri, tek saçılma yaklaşımı tekniğini uygulayan Lorenz-Mie teorisine dayanarak hesaplanır. Partikül boyutu dağılımının nanopartikül süspansiyonlarının saçılma katsayısı üzerindeki etkisi, kompakt partikül topaklarının etkisini hesaba katmak için teorik olarak incelenmiştir. Nanopartikül süspansiyonlarındaki termal radyasyon transferi, hacimsel radyatif ısı akısı ve termal akı verimliliğinin hesaplandığı ayrık ordinatlar yöntemi kullanılarak radyasyon transfer denkleminin çözülmesiyle değerlendirilir. Sonuçlar, pH değerinin bireysel ve hibrit nanopartikül süspansiyonlarının stabilitesi üzerindeki etkisini göstermektedir. Farklı parçacık aglomerat türleri, boyutları ve şekilleri, optik olarak daha kalın ortamların oluşumuna yardımcı olan stabilite veya çökelme hızları da dahil olmak üzere süspansiyonların farklı davranışlarını sağlar. Bu tür ortamlarda ışık saçılımı, parçacıkların birbirine yakınlığının bir fonksiyonu olarak önemli ölçüde farklıdır. Eğer birbirlerine radyasyonun baskın dalga boyundan kabaca daha az yakınlarsa, bu durumda davranışları bu çalışmada araştırılan bağımlı saçılma olarak tanımlanır. Gelen güneş radyasyonunun termal radyasyon transferi üzerinde önemli bir etkiye sahip olan, özellikle UV/Vis spektrumunda olmak üzere ışınım özelliklerinde önemli bir artışın gözlemlenebildiği gösterilmiştir. Bağımlı ve bağımsız saçılma rejimlerinin sınırları, bireysel ve hibrit nanopartikül süspansiyonları için pH değerlerine göre açıklanmaktadır. Farklı etkili parçacık aglomerat boyutlarına sahip NPS'ler, saf suya kıyasla ışınım enerjisindeki kayıpların azaldığı hacimsel ışınımsal ısı akışı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Sonuçlar aynı zamanda hibrit nanoparçacık süspansiyonlarındaki kompozit parçacık aglomeratlarının, farklı asılı parçacıklardan üretilen ışınım özellikleri üzerindeki etkilerini de göstermektedir. Bu tezin sonuçları, pH değerinin nanopartikül süspansiyonları içeren ışınım transferi üzerinde diğer parametrelerle karşılaştırıldığında baskın bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir. pH değerinin nanoparçacığın izoelektrik noktasına göre ayarlanması, belirli uygulamalar için belirli ışınımsal özelliklerin gerekli olduğu durumlarda etkili bir yöntemdir. PH değerinin NPS'lerin optik ve ışınım özellikleri üzerindeki bu etkisi literatürde ilk kez incelenmiştir. Nanopartikül çözeltileri (NPS) 100 nm'den küçük nano-parçacıkların bir baz sıvı içersinde katı-sıvı olarak bulundurulan karışımlardır. NPS termal ve optik ürünler nedeniyle farklı termal sistemlerde termal değişimin arttırılması için yaygın olarak kullanılır. Solar termal sistemler nonopartükel termostatların en çok endüstriyel sistemlerdir. Bu dağıtım değişimi, güneş enerjisinin sisteminin sıvısı tarafından en çok emilmesi (absorbülasyon) ile Kayıt olun. Foto-termal enerji çevrimine ilaveten, nanopartikül çözeltiler, kaplamalarda ve boyalarda optik ve spektral özelliklerden dolayı, esas olarak sağlıklı görünümü iyileştirmek amacıyla önemli bir rol oynarlar. Öte yandan, nanopartikül çözeltilerin uzun süreli kullanımı ve stabilitesiyle ilgili sorunlar vardır. Nanopartiküllerin topaklaşması, kullanım sırasında en çok görülen problemlerden dolayı meydana gelir. NPS kullanım aşamasında, pH değerlerindeki değişimlerin topaklaşması, nanopartiküllerin stabilitesi ve optik özelliklerin etkileri. Bu değişiklik, NPS sistemlerinde pH değerini değiştirerek ışınımı ısı transferini etkilemek mümkündür. NPS stabilizasyonu için kullanılan yöntemler arasında elektrostatik ve sterik stabilizasyon yöntemleri vardır. Termal uygulamalarda ve bilhassa yüksek ısı uygulamalarında elektrostatik stabilizasyon daha çok tercih edilir. Bu tezgâhlanabilirlik, aynı tür (su/TiO2 ve su/ Al2O3) ve hibrid (su/TiO2+Al2O3) nanopartiküllerin stabilitelerini ve optik özelliklerin hem fiziksel hem de dijital olarak taranabilmesini sağlar. Deneysel bölümü, nanopartiküllerin hazırlanışı, özellikleri ve optik ölçümlerini içerir. Bu amaçla, topaklaşmadan kaynaklanan yaralanmaların elektrostatik stabilizasyonu (pH ve zeta potansiyel değerleri) araştırılmıştır. Dinamik ışık saçılma sistemiyle (DLS) hastalığın durumu ve ortalama (efektif) hastalığın şekli farklı koşullar (pH ve tedavi hacim fraksiyonu) ölçülmüştür. Farklı hastalıkların topaklaşmasının etkileri, farklı ph değerlerine bağlı olarak irdelenmiştir. Ayrıca, hastalık-partikül arası mesafe bağlantısı ile farklı hastalıkların tiplerinin dalga boylarına oranlarının optik özelliklerinin de özellikleri. Parçacık topaklaşması (benzer ve benzemeyen topaklaşmaları), bölgesel boyutsal ve bu nanopartikül sıcaklıkların dağılımı katsayılarının katkısını sağlayan UV-Vis spektroskopi tekniği kullanılarak yapılmıştır. Sayısal parlama ise, ışınımla ısı transfer programlamaları için optik ve Işınsal özelliklerin değerlendirilmesini ve termal radyasyon transferlerini ayrı ayrı parçaların elde edilen ortalama işaretlerine göre değerlendirilmiştir. Emilme, soğrulma, ve saçınlanma özellikleri Lorenz-Mie teorisinin “tek saçılma yaklaşımı” tekniğine göre değerlendirilmiştir. Nanopartikül çözeltilerindeki termal Işınsal ısı transferi “ayrık ordinat” yöntemiyle çözülmüştür; burada hacimsel gösterimiyle ısı transfer akışı hesaplanmıştır. Sonuçlar, nanopartiküllerin pH değerlerinin aynı tür ve hibrit çözeltilerde topaklanmasının önlenebileceği ve stabil hale getirilebildiği gösterilmiştir. Burada özellikle UV-Vis spektrumunda ve solar spektrumdan kaynaklanan ışınımla ısı transferi olgusunun belirgin bir etkisi gözlemlenmiştir. Aynı tür ve hibrid nanopartikül çözeltilerin pH değerlerine göre bağımsız ve bağımsız saçılmalarının (bağımlı/bağımsız saçılma) farklı aralıklarda ayrıca özellikleri bulunur. Bu hastalığın iki durumu içinde irdelenmiş, ve sağlıklı topaklaşmalı ile topaklaşmamış halleri anlatılmıştı. Partiküllerin topaklaşma boyutlarına göre ısı transferinin büyük bir etkisi gerçekleştiğinde. Bu büyümeye göre, pH değiştirilerek nanopartikül çözeltilerinin stabileleri ve topaklaşmalarını sağlayacak çalışmalar mümkündür. Spesifik uygulamalarda, NPS optik özellikleri, nanopartiküllerin izoelektrik noktasının pH çıkışının ayarı ile değiştirilebilmektedir. Bu gözlemler, tasarımsal olarak yeni NPS değerlerine ve etkin kullanımlarına yardımcı olacak çok önemli bulgulardır.
