Tez Arşivi

Tez aramanızı kolaylaştıracak arama motoru. Yazar, danışman, başlık ve özete göre tezleri arayabilirsiniz.


Orta Doğu Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Bölümü / Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı

A novel precursor for synthesis of zirconium tungstate and preliminary studies for nanofiber production

Yeni bir öncülle zirkonyum tungstat sentezi ve nanolif üretimi için ön çalışmalar

Teze Git (tez.yok.gov.tr)

Bu tezin tam metni bu sitede bulunmamaktadır. Teze erişmek için tıklayın. Eğer tez bulunamazsa, YÖK Tez Merkezi tarama bölümünde 238713 tez numarasıyla arayabilirsiniz.

Özet:

Zirconium tungstate (ZrW2O8) is a ceramic that shows large isotropic negative thermal expansion over a wide range of temperature. This unique property makes it an interesting candidate for applications where thermal expansion mismatch between components constitutes a problem. ZrW2O8 is typically produced by solid-state reaction between zirconium oxide and tungsten oxide at 1200oC. In some studies, ZrW2O8 precursors have been produced from relatively expensive zirconium and tungsten sources. While the origin of negative thermal expansion has been the main focus in the majority of publications, production of particles with controlled size, distribution and morphology has not been studied extensively.Electrospinning is a simple technique for producing micron/nano sized fibers from polymer solutions. The method can also be used for producing ceramic or polymer/ceramic composite fibers by electrospinning of a mixture of ceramic precursors or ceramic nanoparticles with suitable polymers. Ceramic precursors could be synthesized either by sol-gel or chemical precipitation routes before mixing them with polymer solutions and a final burnout step would be needed, in case the fiber is desired to be composed of the ceramic phase. Electrospinning technique has not been employed to the production of ZrW2O8 ceramic fibers.In this study a novel precursor for ZrW2O8 from relatively cheaper and abundant starting chemicals, namely zirconium acetate and tungstic acid were used. Experimental details of development of the precursor are presented with a discussion on the effects of solution parameters on the phase purity of the fired product. Besides the solution parameters investigated (i.e. solubility of tungstic acid, adjustment of the stoichiometry, final pH of the solution, ageing time), evolution of the heat treatment protocol was used in the production of phase pure ZrW2O8. Second, the suitability of the developed precursor for producing ZrW2O8 in fiber form was investigated. Preliminary studies involved the adjustment of the viscosity of precursor solution for electrospinning with poly (vinyl alcohol) (PVA). Optimum PVA concentration leading to bead-free nanofiber mats and a method to increase the fiber production rate were reported. The characterization of the products was achieved by SEM and XRD.Keywords: zirconium tungstate, negative thermal expansion, sol-gel, ceramic fiber, electrospinning.

Summary:

Zirkonyum tungstat (ZrW2O8), geniş bir sıcaklık aralığında yüksek eş yönlü (izotropik) negatif ısıl genleşme özelliği gösteren bir seramiktir. Sahip olduğu bu üstün özellik, ZrW2O8'i ısıl genleşmenin sorun yarattığı birçok kompozit malzemede kullanabilecek önemli bir aday yapmaktadır. ZrW2O8 genel olarak zirkonyum oksit ve tungsten oksidin 1200°C'de katı hal tepkimeleri sonucu üretilmektedir. Çözelti kimyası yardımıyla, görece pahalı zirkonyum ve tungsten kaynaklarıyla, ZrW2O8'in üretimine yönelik yapılan çalışmalar yapılmış ancak yayınlanan çalışmalarda, çoğunlukla negatif ısıl genleşme özelliğinin nedeni üzerine odaklanılmıştır. Buna karşılık denetlenebilir parçacık boyutu, dağılımı ve morfolojisi üzerine yaygın bir çalışma bulunmamaktadır.Elektro eğirme, polimer çözeltilerinden mikro/nano boyutta lif üretimi için kullanılan görece basit bir yöntemdir. Seramik veya polimer/seramik kompozit lifler, seramik öncüllerden veya uygun polimer eklenmesiyle viskozitesi ayarlanmış seramik nano parçacık içeren çözeltilerden, elektro eğirme işlemi sonucu elde edilebilmektedir. Eğirme işleminde kullanılacak seramik öncüller, çöz-pel veya ortak çökeltme teknikleriyle hazırlanabilir. Eğirme sonrası uygulanacak yakma işlemiyle de istenilen seramik lifler elde edilebilmektedir. ZrW2O8 seramik liflerinin üretimine dair, henüz yapılmış bir çalışma bulunmamaktadır.Bu çalışmada, ZrW2O8 öncüllerinin görece daha ucuz ve kolay elde edilebilen başlangıç kimyasallarından (zirkonyum asetat ve tungstik asit) üretimi sağlanmıştır. Deneysel gelişim ve yakılan ürünün saflığına etki eden deneysel değişkenler ayrıntılarıyla incelenmiştir. Çözelti değişkenlerinin (tungstik asidin çözünürlüğü, kimyasal oran ayarlaması, pH ve yaşlandırma etkileri gibi) incelemelerin yanı sıra, saf ZrW2O8 üretimine olanak veren önemli ısıl işlem basamakları gerekçelendirilmiştir. Çalışmada ikincil olarak, geliştirilen yeni öncülün elektro eğirme işleminde kullanıma uygun olup olmadığı incelenmiştir. Poli (vinil alkol) (PVA) yardımıyla viskozite ayarı yapılan öncüllerden, elektro eğirme yöntemiyle polimer/seramik nanolif üretimine yönelik ön çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Boncuksuz nano lif hasırların oluşumuna olanak veren uygun PVA derişimi belirlenmiş ve lif üretim hızının arttırılmasına yönelik deneysel düzenek iyileştirmeleri ortaya konmuştur. Elde edilen ürünlerin tanımlanmasında SEM ve XRD yöntemleri kullanılmıştır.Anahtar Sözcükler: zirkonyum tungstat, negatif ısıl genleşme, çöz-pel, çökeltme, seramik lif, elektro eğirme.