Search

ÖZET Bu çalışmada Ark PVD yöntemi ile TİN kaplı matkap uçlarının üretiminde müşteri istekleri doğrultusunda belirlenmiş kalite karakteristiklerine ulaşılması için kaplama proses parametrelerinin optimizasyonuna yönelik olarak Taguchi Metodu uygulanmıştır. Taguchi'ye göre kalite ürün müşteriye ulaştıktan sonra ortaya çıkan şikayet ve geri dönüşleri bağlı bir kayıptır. Taguchi kaliteyi `spesifikasyonlara uygunluk` olarak değil `hedef değere yaklaşma` olarak tanımlamıştır. Ona göre ürün kalitesi, belirlenen hedef değere yaklaştıkça artarken kayıp azalmakta, kalite hedef değerden uzaklaştıkça kayıp artmaktadır. Bu amaçla TİN kaplı takımların ülkemizde ve dünyada kullanımının yeniliği ve henüz bu konu ile ilgili olarak hazırlanmış bir standarun eksikliğinden dolayı müşterilerin kaplamalı takımlardan beklentilerini belirlemek amacıyla bir anket çalışması yapılmıştır. Bu anket çalışması sonucunda müşteri dili ile ifade edilmiş ve teknolojik olarak elde edilebilir kalite karakteristikleri QFD yöntemi ile mühendis diline çevrilmiştir. Taguchi Metodu içerisinde yer alan tasarım prosesi sistem tasarımı, parametrelerin tasarımı ve toleransların tasannu olmak üzere üç aşamalı olarak incelenmiştir. Bu çalışmada TİN kaplamalı ürün üretiminde öngörülen hedef değerlerinin ulaşmaya yönelik olarak Ark-PVD prosesinde parametre tasarımı incelenmiştir. Taguchi metodunu diğer deneysel tasarım yöntemlerinden ayıran en önemli fark ön hazırlık aşamasıdır, ön hazırlık aşamasında Ark-PVD prosesine ve belirlenen kalite karakteristiklerine etki eden proses parametrelerinin belirlenmesi için bir takım oluşturulmuştur. Bu takım öncelikle proses akış diyagramım oluşturmuş daha sonra beyin fırtınası yardımıyla Ark-PVD prosesi için sebep-sonuç diyagramı hazırlanmıştır. Bu diyagramda prosese etki eden parametreler çeşitli gruplar altında toplanmış ve bu parametrelerin her biri sebep, ulaşılmak istenen kalite karakteristikleri ise sonuç olarak ele alınmıştır. Bu amaca yönelik TİN kaplı takımların kalite karakteristikleri doğrultusunda Ark-PVD prosesi için sebep-sonuç diyagramı yardımıyla belirlenmiş proses parametreleri yapışma, yüzey pürüzlülüğü, sertlik ve kaplama kalınlığı olmak üzere dörde mdirilmiştir. Son aşamada takım tarafından deneylerde ele alınmak üzere seçilen her bir proses parametresi için üç seviye belirlenmiştir. Seviyelendirilen bu parametreler daha sonra Taguchi metodunda yer alan L934 ortogonal dizinine yerleştirilmiştir. Daha sonra L^'una göre denemeler yapılmıştır. Sonuçta elde edilen TİN kaplı takımlarda kalite karakteristiklerinin belirlenmesi amacıyla değişik ölçümler yapılmıştır. xiii OPTIMIZATION OF PROCESS PARAMETERS OF ARC-PVD TECHNIQUE FOR THE PRODUCTION OF TsN COATED DRILL PINS BY TAGUCHI METHODS SUMMARY The importance of quality concept and quality activities have shown a steady increase for the last couple of years. The first serious meeting of quality with global world market had encountered after the second World War. Especially Japanese and American businessmen, scientists and engineers had consumed a lot of time on quality and quality tools, techniques for producing high quality and low cost products. The changing of the world market caused the changing the meaning of quality. In 1960's quality was defined as `the conformance of specifications` by Juran. Nowadays, because of the customs unions, developing transportation and communication systems, the competition conditions of world market get though.. To increase their world market shares the firms have to provide high quality and low cost which are the basic competition conditions. In the light of production the meaning of quality changed with `customer satisfaction`. In many companies including product based businesses the primary way to increase customer satisfaction is improving customer service rather than by providing products of superior utility or functional value of users. Yet there is a growing acknowledgment that has the product performs, relative to customer's ideals and expectations, is the primary determinant of customer satisfaction. This has led to more emphasis on product design and redesign to provide product that truly satisfies the customer. But companies must know what customer want and they must have quality assurance system to provide this. Producers have to achieve ISO 9000 standards m order to establish quality assurance. ISO 9000 standards were developed by the technical committee of 176 International Standards Organization in 1987. There are five standard series: ISO 9000 Quality management and quality assurance standards guidelines, ISO 9001 contains design and production stages, ISO 9002 is the standards of only production stages, ISO 9003 contains final control and measurements, ISO 9004 contains the most widely used guidelines internationally, xivThe firms which reach design, production and service quality have to provide new form of management. This human motivation based management is called Total Quality Management. (TQM). The superiority of TQM from the others is the use of quality tools and techniques in the research and development activities. Quality tools are used to solve problem and to improve process/ product quality in production, design and service. The basic statistical quality tools which are defined by Ishikawa are; 1. Pareto analysis, 2. Cause and Effect Diagram, 3. Histogram, 4. Cheek Sheet, 5. Stratification, 6. Control Chart and 7. Scatter Diagram Quality techniques are used for improving the product in design. These quality techniques are Quality Function Deployment (QFD), Failure Modes and Effect Analysis (FMEA), Failure Tree Analysis (FTA), Statistical Quality Control (SPC) and Design of Experiments (DoE). In all DoE methods, the first stage is started problem definition. Using QFD method, problem can be defined and at the same time customer requirements are determined correctly. The application of QFD method in design stage customer language is translated to engineer language. Thus, customer-producer and technology chain is built. FMEA, FTA and SPC techniques are employed during the production stages to analyze the problem. By means of FMEA and FTA possible failures and effects which occur in production phase are determined. SPC techniques are used to show the points which are out of control in production phase. Establishing the necessary properties which will be controlled are determined by DoE techniques. Firstly, data must be collected properly and methods should be applied in coordination in order to get the advantages of these techniques on product and production quality, The goal of DoE methods is to search for the causes of variation and to remove them or robust the system under investigation against variations. Before applying these techniques data which are collected by means of other quality techniques are evaluated, parameters are determined and selected. Figure 1 shows the parameter optimization flow chart according to different experimental design techniques. The aim of all DoE methods is to optimize the system under investigation to achieve low cost and high quality. But the difference is vanished in applications. Experimental design techniques according to application types are: xv. The Classical methods,. The Shainin methods and. The Taguchi methods. The Genetic Algoritm (optimization by means of mutation rules). eotuütioas Problem analysis (Cause and Effect, FMEA,FTA) Taguchi experiment design Selecting suitable experiment If necessary, pseudo factor design or multi-level design including interactions 1 Homing-in according to Taguchi Multi-variat» charts Componenj Pairred compansons yksa good/bad leveuK_ >w known? yS Figure 1. Flowchart. Complete design of experiments (Full factorial) Variable search Scatter plots Carriying out experiment XVI. The Classical Methods Classical experimental design techniques include the oldest and also the most difficult methods. These are classified into three groups ; one factor at a time, full factorial and fractional factorial designs. If in one treatment only one parameter is changed and the others hold constant this is called one factor at a time methods. Interaction between parameters can not be determined by this method. In contrast to one factor at a time method full factorial designs and fractional factorial design include interactions. As a result increasing treatment number depends on the parameter number and its levels in all classical experimental design techniques.. The Shainin Methods The difference between Shainin methods and others is shown in problem analysis stages. Pretreatment stage is considerably important part in Shainin technique. In this part to determine and to reduce parameters various special tools - components search, multivariate charts and paired comparison- are used. Therefore, the investigated system must already exists and experimenter must have enough knowledge about it. The Taguchi Methods This experimental design technique studies was accelerated in Japan and Taguchi technique is developed by Dr. Genichi Taguchi. Although Taguchi methods involve the usage of statistical techniques -such as orthogonal arrays and partition of total sum of squares (analysis of variance )- they are not statistical. These properties are criticized by statisticians and mathematicians. Taguchi has given importance in to pretreatment stage in experimental design like Shainin but he has not used any special tools. Some scientists criticize Taguchi techniques, due to the lack of rules for decreasing parameters and interactions. The term Taguchi Methods refers to parameter design, tolerans design, the quality loss function, on line quality control, design of experiments using orthogonal arrays and methodology applied to evaluate measuring systems. Seven points explain the basic elements of Genichi Taguchi's quality philosophy in a nutshell. 1. An important dimension of quality of manufactured product is total loss generated by product to society. 2. In a competitive economy, continuous quality improvement and cost reduction are necessary for staying in business. 3. A continuous quality improvement program includes incessant reduction in variation of product performance characteristics about their target values. xvu4. The customer's loss due to a product's performance variation is often approximately proportional to the square of deviation of performance characteristic from its target value. 5. The final quality and cost of a manufactured product are determined to a large extent by engineering designs of products and its manufacturing process. 6. A product's (or process') performance variation can be reduced by exploiting the non linear effects of the product (or process) parameter on the performance characteristics. 7. Statistically planned experiments can be used to identify the settings of product (and process) parameters that reduce performance variation. The section on Taguchi's philosophy described the three phases of the Taguchi Method-System design, parameter design and tolerance design. In system design experimenter should use scientific and engineering concepts to develop prototype and select appropriate product and process parameters such as materials, machines, tools, etc. In parameter design, experimenter should use engineering and statistical concepts to determine optimum settings of selected parameters. In tolerance design, experimenter should use engineering and statistical concepts to further reduce variability in performance statistics. In this study Taguchi Methods have been used to optimize TiN coated HSS drill pins parameters by means of Arc PVD coating technology. The most important difference between Taguchi and other experimental design methods is the pretreatment stage. In this stage the following activities have been achieved;. Cause and effect diagram has been formed by means of brain storming.. An enquiry had been prepared to learn what is the customer requirements on cutting tools. This activity is a part of QFD techniques. Collected data from enquiry and cause and effects diagram had been discussed by team and quality characteristics are selected. Enquiry results and fishbone diagram help team the selection of quality characteristics and parameters. In fishbone diagram, cause equals parameter and effect equals quality characteristic. Team has determined three levels for each parameters and they are given Table 1. These selected parameter and quality characteristics are replaced by an ortogonal array 0U34) and treatment that is achieved depends on this orthogonal. Following the treatment characteristics are measured by using different measurement systems. xvuiTabic 1. Parameters and its levels. As a result of this study the analysis of each quality characteristics is achieved by means of ANOVA techniques. ANOVA analysis shows the optimum level for quality characteristics. In Table 2 observed quality characteristics values are shown in L9 (34) ortogonal array. Table 2. L9 (34) ortogonal array. Consequently it is determined that the chosen parameters have limited affect on the quality characteristics of TiN coated drill pins. Thus, the TiN coating process can be applied in a relatively wide range. XIX 240

Günümüzde sera gazlarının artması ve küresel ısınmanın etkileri görülmeye başladığından beri yenilenebilir ve çevre dostu enerji kaynakları üzerindeki araştırmalar tüm dünya çapında hız kazanmıştır. Fakat bu alternatif enerji kaynaklarından üretilen elektriği direk şebekeye vermek maalesef mümkün değildir. Örneğin, bir rüzgar türbini elektrik üretebilmesi için rüzgara ihtiyaç duyar ama her zaman yeterince rüzgar esmeyebilir veya güneş panelleri elektrik üretmek için ihtiyaç duyduğu güneşe yılın her günü, her saati ulaşamayabilir. Bu gibi sorunlar yenilenebilir kaynakların yaygınlaşmasını sekteye uğratmakadır. Bu kaynakların sürekli kullanabilmesi için enerji depolama sistemlerine ihtiyaçları vardır. Bu sayede rüzgar esmiyor olsa da, güneş gökyüzünde parlamıyor olsa da önceden üretilip depolanan enerji kullanılabilir. Bu açıdan lityum iyon bataryalar ümit veren bir çözümdür. Şu an ticari olarak kullanılan lityum iyon bataryalar maalesef yetersiz kalmaktadır. Daha yüksek kapasiteli ve daha uzun ömürlü bataryalar gerekmektedir. Bir lityum iyon bataryanın elektrokimyasal özelliğini büyük ölçüde anot ve katot malzemesi belirler. Günümüzde kullanılan anot malzemeleri katot malzemelerine göre ucuz ve daha yüksek kapasitelidir. Bu sebepten araştırmalar ağırlıklı olarak katot malzemeleri üzerine yoğunlaşmıştır.NMC piller umut vaadeden ve hali hazırda tüketici elektroniklerinden elektrikli araçlara kadar kullanılan bir pil türüdür. Fakat henüz ne kapasite açısından ne de verdiği güç açısından limitine ulaşmamıştır. Bu yüzden üzerinde yoğun çalışmalar devam etmektedir. NMC katot malzemesinin ana bileşenleri nikel, mangan ve kobalttır. Piyasada şu an en yaygın kullanılan NMC çeşidi NMC 111'dir. Bu 3 haneli sayı, aktif malzemenin hangi oranlarda nikel, mangan ve kobalt içerdiğini belirtmektedir. Örneğin; NMC 433 içerisinde sırasıyla 4:3:3 oranında nikel, mangan ve kobalt içermektedir. Şu an üzerinde çalışılmış ve çalışılmakta olan birçok NMC kimyası mevcuttur. Bunlardan en yaygınları, NMC 111, NMC 433, NMC 532, NMC 622, NMC 811. Araştrımalardaki genel trend nikel oranını artırıp kobalt oranını olabildiğince azaltmaktır. Bunun sebebi, NMC pillerde kapasiteye en çok katkısı olan nikeldir. Ni+2 iyonunun şarj/deşarj çevrimleri boyunca Ni+4 formuna yükseltgenip indirgenmesi pilin kapasitesinin büyük kısmınıoluşturur. Fakat nikelin artması maalesef pil katot aktif malzemesinin reaktifliğini de arttırmaktadır. Bu durum yalnızca pilin elektrokimyasal performansını düşürmekle kalmaz aynı zamanda stabilitesini de kötü yönde etkileyerek güvenlik sorunları oluşturur. Kobaltın azaltılma sebebi ise bu kendisinin pahalı bir metal olması ayrıca toksisitesinin yükek olmasından dolayı insan sağlığına ve çevreye tehlike teşkil etmesidir. Yüksek kapasiteli ve herhangi bir tehlike teşkil etmeyen NMC 811 üretilmesi için sentez yöntemi iyi seçilmeli ve üretim parametreleri optimizasyonu iyi yapılmalıdır.Birlikte çöktürme yöntemi gerek ticari NMC üretiminde gerekse bilimsel araştırmalarda sıkça tercih edilen bir yöntemdir. Adından da anlaşılacağı üzere ana fikir, geçiş metallerinin beraber aynı kristal içerisinde katı-katı çözeltisi oluşturacak şekilde çöktürülmesidir. Yöntemin çok fazla hazırlık gerektirmemesi ve düşük sıcaklıklarda gerçekleşiyor olmasının yanı sıra en büyük avantajı nihai ürünün morfolojik ve yapısal özelliklerinin, dolaylı olarak elektrokimyasal özellikleri, kontrol edilebiliyor olmasıdır. Fakat bunların kontrolü ancak üretim parametrelerinin etkilerinin iyi anlaşılması ve kontrol edilmesi ile mümkündür. Reaksiyon sıcaklığı, pH seviyesi, kullanılan kimyasalların molaritesi, reksiyon süresi ve besleme hızı üzerine yapılmış birçok çalışma mevcuttur. Homojeniteye direk olarak etkisi olmasına rağmen karıştırma prosesi üzerine çok az sayıda çalışma vardır. Çoğu çalışmada verilen bilgi yalnızca karıştrıma prosesinin hangi dönme hızında gerçekleştiğidir.Bu çalışmada, COMSOL Multiphysics yazılımı kullanılarak eğimli bıçak (pitched blade), su kanatçığı (hydrofoil blade), pervane (propeller) tipi ve rushton türbini karıştırıcıların çeşitli konfigürasyonları simüle edilmiş olup bunların arasında en iyi seçeneğin pervane tipi karıştırıcı olduğu görülmüştür. Olabilecek en kısa karışma süresinde tek akış döngüsü oluşturmayı başarabilmektedir. Elde edilen bir başka sonuç ise karıştırıcı bıçakların çap uzunluğu eğer reaktörün çapının 0,55'inden fazla ise çift akış döngüsü oluşturduğu, eğer 0,45'inden az ise tek akış döngüsü oluşturduğudur. Yüksek homojenlik için reaktör içerisinde tek akış döngüsü istenmektedir. Çift döngü oluşumu reaktör içerisinde konsantrasyon farklılıkları oluşturmaktadır. Simüle edilen bıçaklar 3 boyutlu yazıcı ile ABS malzemesinden üretilmiş olup bu karıştırıcılarla NMC 811 malzemesi üretilmiştir.Karıştırıcıların etkisini görebilmek için geriye kalan tüm üretim parametreleri her deneyde sabit tutulmuştur. Üretilen tozların kristal yapısı XRD ile, morfolojik özellikleri ise SEM ile incelenmiştir. Ayrıca yüzey alanı anailizleri de gerçekleştirilmiştir. Elekrokimyasal performanslarını test etmek için çevrimsel voltametri testi, kapasite testi, hız testi ve empedans testleri gerçekleştirilmiştir.XRD sonuçları, karıştırıcı tipinin sentezlenmiş Ni0,8Co0,1Mn0,1(OH)2 örneklerinin kristal yapısını önemli ölçüde etkilemediğini göstermektedir. Tüm numunelerin heksagonal β-Ni(OH)2 yapısına sahip olduğu görülmüştür. Karıştırıcıların asıl etkisi kalsinasyondan sonra gözlenmiştir. Kalsine edilmiş kristalin LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2 numunelerinin rietvield analizi yapılmış, farklı karıştırıcı kullanımının farklı katyon karışımı seviyelerine yol açtığı gözlemlenmiştir.Reaksiyon süresi kısa olduğundan dolayı tam morfolojik gelişime izin vermemiş, karıştırıcıların morfoloji üzerindeki etki gözlemlenememiştir. Karıştırıcı – morfoloji etkisi gelecek çalışmalarda detaylıca incelenecektir. Bununla birlikte, her karıştırıcı tipi için ortalama partikül boyutu incelenmiştir. Eğimli bıçak ve su kanatçığı tipi pervane tipi için büyük akış döngüsünün küçük akış döngüsüne oranı (RL) arttıkça ortalama partikül boyutunun azaldığı bulunmuştur. Aksine, pervane tipi karıştırıcı için artan RL ile ortalama parçacık boyutu artmaktadır.Yapılan çalışma sonucunda pervane tipinin katyon karışımı ve geçiş metallerinin kristal içerisindeki yük durumları üzerinde etkisi olduğu anlaşılmıştır. Bu durum direk olarak malzemenin elektrokimyasal özelliklerini de etkilemektedir. Homojenliğin en düşük olduğu rushton türbini karıştırıcı kullanılarak sentezlenen öncülün kalsinasyonundan elde edilen RT-3-T ise aynı koşullar altında 102,68 mAh/g deşarj kapasitesi ile en düşük elektrokimyasal performansı sergilemiştir. En yüksek homojenite seviyesine ulaşılan pervane tipi karıştırıcı aynı zamanda 2,8 – 4,3 V aralığında, C/20 şarj/deşarj hızında 177,70 mAh/g deşarj kapasitesi ve %79,5 kapasite korunumu ile en iyi performansı göstermiştir. Green - ecofriendly energy sources are one of the most researched topics since the global warming and increase in the greenhouse gas is a global concern. However, those renewable energy sources may not be available for every day of a year. Winds may not be able to provide sufficent force to turbines, solar energy may not be used on cloudy days. These problems disrupts the continous usage of renewable sources. However, storage technology can support the output of energy from these sources. In this aspect, lithium – ion batteries (LIBs) are very promising and already on the use energy storage systems. LIBs are still being researched extensively. Electrochemical performance of the LIBs majorly depend on the electrode materials such as anodes and cathodes. However, since commercial anodes are way ahead of the cathodes in the aspect of capacity, majority of the researches are focused on cathode materials.NMC cathode materials are very promising and currently being used in electrical vehicles and consumer electronics but they still require improvement. NMC mainly consists of nickel, cobalt and manganese. Commercialized NMC is the NMC 111. Numbers indicate that cathode material contains transition metal at the ratio of 1:1:1 respectively Ni:Mn:Co. There are many NMC stoichiometries such as NMC 433, NMC 532, NMC 622 and NMC 811. Main idea is to increase nickel content of the material while reducing the cathode content as much as possible. However, increasing nickel content also increases the reactivity of cathode active material. This situation not also distrupts electrochemical performance of the battery, it also jeopardises the safety of battery. To be able to produce NMC 811 with high capacity with no safety issues requires optimization of synthesis methods.Co-precipitation is the mainly used NMC synthesis method for commercial materials and for scientific researches. Main mechanism of this method is to precipitate transition metals together in hydroxide form very well controlled conditions. Even though preparations are simple for this method, parameter optimization plays a critical role for high quality final product. There are numereous studies on the optimization of reaction temperature, level of pH, molarity of chemical reagents, reaction time, and feed rate of chemicals and so on. However, there are very few researches on how mixing paramaters affect precipitates as well as mixing quality such as providing homogenous mixing of chemicals. In most of the studies done on co-precipitation, only given information is the mixing rate. This study consists of three main parts. First, via COMSOL Multiphysics software a series of simulations with different impeller geometries (type) at different configurations is done. Knowing that for the best homogeneity, a single loop must be formed in the reactor, it is found that propeller type impeller is the best among the other blades which are hydrofoil blade, pitched blade and rushton turbine. It provides single loop with the lowest possible mixing time. Moreover, impeller diameter should be smaller than 0.55 T (T = reactor tank diameter). Following the first part findings, in the second part the impellers geometries used in the simulations are 3D printed and used to produce NMC 811 cathode material. All parameters kept constant apart from the impeller type and configuration in each experiment. The output of co-precipitation process, powders are structurally and morphologically analysed suing XRD and SEM, respectively. XRD results show that impeller type does not significantly affect the crystal strucuture of the synthesized Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2 samples. They all are indexed as hexagonal β-Ni(OH)2 structure. However, after the calcination, main effect of the impeller was observed. Rietvield analysis of heat treated crystalline LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 samples showed different cation mixing levels, which is attributed to the usage of different impellers during their precursor synthesis stage.Effect on the morphology could not be investigated since the reaction time did not allow for complete morphological development. This will be investigated in future studies. However, average particle size is investigated for each impeller type. It is found that average particle size decreases with increasing big loop to small loop ratio (RL) for the pitched blade and hydrofoil impeller type. On the contrary, average particle size increases with increasing RL for the propeller type impeller.Last, using the powders, electrodes that produced as cathodes have been preapared and analysed electrochemically to see their half-cell test results for lithium ion batteries. For the electrochemical performance analyses, cyclic voltammetry, galvanostatic and impedance tests are conducted.As a result, it is understood that the impeller type has an effect on the cation mixing and oxidation states of transition metals in the crystal. This situation directly affects the electrochemical properties of the material. Powders produced from the precursor that is synthesized with rushton turbine impeller, which has the lowest homogeneity, showed the worst electrochemical performance with an inital discharge capacity of 102.68 mAh/g. The propeller type impeller, which reached the highest level of homogeneity, also showed the best performance in the 2.8 - 4.3 V range with an initial discharge capacity of 177.70 mAh/g at C/20 rate with a 75.62% capacity retention. 134

Alüminyum alaşımları; düşük yoğunlukları, yüksek özgül mukavemetleri, iyi korozyon dirençleri ve mükemmel şekilalabilirlikleri sayesinde mühendislikte yaygın olarak kullanılmaktadır. Gelişen teknoloji ile birlikte otomotiv, havacılık, savunma ve elektrik-elektronik gibi endüstriyel alanlarda kullanımı artmaktadır. Yenilenemez enerji kaynaklarının gittikçe azalması ve temininin zaman geçtikçe zorlaşması, enerji sarfiyatlarında yapılacak gelişmeleri tetikleyen başlıca unsurlardan olmuştur. Bununla birlikte birçok endüstride ürün hafifletme, yapılan çalışmaların ana konusu haline gelmiştir.Alüminyum alaşımları; içerdikleri silisyum oranına bağlı olarak döküm alaşımları ve yoğrulabilir (dövme) alaşımları olarak sınıflandırılabilmektedir. Döküm alaşımları; ergiyik halde yüksek akıcılığa sahiptir ve kum kalıba döküm, kokil kalıba döküm ve basınçlı döküm gibi teknolojiler ile şekillendirilir. Yoğrulabilir alaşımlar ise çok daha az silisyum içeren (% ağ 0-4), düşük akıcılık özelliklerinden ötürü döküm ile şekillendirilebilmesi güç alaşımlardır. Çoğunlukla ekstrüzyon ve dövme gibi plastik şekil verme teknikleri ile şekillendirilirler.Yoğrulabilir alaşımların döküm ile şekillendirilebilmesi, yarı-katı şekillendirme yöntemleri ile mümkün hale gelmektedir. Yarı-katı şekillendirmenin akıcılığı arttırmasının yanı sıra, dökümde görülmesi muhtemel porozite ve çekinti hatalarının da önlenmesinde büyük katkısı bulunmaktadır. Mekanik ya da elektromanyetik bir kuvvet ile karıştırılan ve soğutulan ergiyik alaşımlar, küresel birincil fazlar oluşturur. Küresel fazlar, enjeksiyon kuvveti ile birbirleri üzerinden daha kolay kayabildiğinden, ergiyik akıcılığı artar. Tiksotropi ile açıklanan planar/laminar akış, ergiyiğin türbülans olmadan akmasını ve kalıbı daha sakin doldurmasını sağlamaktadır; planar/laminar akış sayesinde hazne ve kalıp içerisinde bulunan hava, türbülanslı akışın aksine ergiyik içinde hapsolmaz ve bu da yüksek basınçlı dökümde yaygın bir şekilde görülen porozite hatasınının önlenmesini sağlar. Kalıp ile ergiyik arasındaki sıcaklık farkı da azaldığından, hem çekinti sorunu önlenir hem de kalıbın maruz kalacağı ısıl deformasyon şiddeti azaltılır, bu da kalıp ömrünü olumlu şekilde etkiler. Katılaşma sonrası küreselleşmiş mikroyapı, mekanik dayanım değerlerinin ve tokluğun artmasını sağlar.Bu çalışmada, geleneksel döküm yöntemleri ile şekillendirilmesi güç olan ısıl sertleştirilebilir EN AW 6063 (AlMg0,7Si) alaşımı, 1,5 mm kesit kalınlığına sahip parça olarak yenilikçi bir yarı-katı şekillendirme yöntemi olan GISS (Gas Induced Semi-Solid) kullanılarak yüksek basınçlı döküm tekniği ile üretilmiştir. GISS yöntemi, ergiyik halde akıcılığı düşük 6063 alaşımını yarı-katı çamur formuna getirmek ve yüksek basınçlı dökümde uygulanan enjeksiyon kuvveti ile akıcılığını arttırarak alaşımın döküme uygun duruma getirilmesi için kullanılmıştır. Çıktı olarak, geleneksel sıvı faz döküm ile yarı-katı dökümün parça kalitesi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Porozite, çekinti, akıcılığa bağlı dolum ve parçanın kalıptan sağlam çıkma yetisi, geleneksel yöntem ile yarı-katı döküm yöntemi ile üretilen parçalarda dökülebilirlik anlamında sonuç değişken olarak irdelenmiştir. Sertleştirme için 220°C sıcaklıkta 150 dakika yapay yaşlandırma ısıl işlemi gerçekleştirilmiştir. Geleneksel döküm ile yarı-katı dökümün mekanik özellikler üzerindeki etkilerinin görülebilmesi için ısıl işlem öncesi ve sonrası parçalara sertlik testi uygulanmıştır. Sonuçlar incelendiğinde, yarı-katı döküm yöntemi ile üretilmiş parçaların, geleneksel yöntem ile üretilmiş parçalara göre çok daha az döküm hatası içerdiği saptanmıştır. Dökülebilirliğin, yarı-katı şekillendirme ile geliştirilebildiği gözlemlenmiştir. Bununla birlikte, iki farklı yöntem ile üretilmiş parçaların sertlikleri arasında belirgin bir fark gözlenmeyip ortalama 45 HB olarak ölçülmüştür. Uygulanan yaşlandırma ısıl işlemi ile sertlik değerleri 55 HB civarına yükseltilebilmiştir. Çalışma kapsamında, geleneksel döküm yöntemleri ile şekillendirilmesi dökülebilirlik anlamında güç yoğrulabilir EN AW 6063 alaşımı, yenilikçi GISS yarı-katı döküm yöntemi kullanlılarak başarılı bir şekilde üretilmiştir. Yaşlandırma ısıl işlemi ile sertlik artıtılmıştır. Nowadays, energy consumption is one of the main issue in our daily life. Gradually decreasing fossil fuel sources, their harm to environment and costs during production and consumption of them lead scientists and engineers developing current technologies, especially in automotive industry. More effective motor technologies and lighter vehicles are potential outcome of improvement studies being done. According to studies and developments, aluminum and magnesium as light metals are preferred instead of conventional cast iron and steel alloys. Steel is the top engineering material with high strength, easy formability and prevalence but, high density of it causes high fuel consumptions in vehicles. Reducing weight with aluminum is a proper way to decrease fuel consumption and CO2 emissions in vehicles. Aluminum alloys are one of the most favorable applicant in metallic materials. Aluminum alloys have wide usage in engineering under favour of its low density, high specific strength, good corrosion resistance and great formability properties. Use of aluminum increases in automotive, aviation and defence, electric-electronic etc. industrial areas with developing technologies. Decrease in unrenewable energy sources and getting harder supply conditions in time become essential factors impel developments in energy consumption.Aluminum can be produced from bauxite by applying Bayer process (leaching) and Hall-Heroult process (electrolysis) respectively as primary production. These metallurgical processes, especially Hall-Heroult process, consume great amount of energy like 15 kWh/kg. Also, 4-5 kg bauxite is used for producing 1 kg aluminum. Technological developments are proceeding in primary production; according to US Department of Energy, 11 kWh/kg can be seized about in 2020. On the other hand, complicated processes and energy consumption values feature recycling as secondary production. Metallurgical improvements in recycling are promising; post-melting operations such as refining-degassing, and melt treatment helps high quality secondary products. Energy consumption in recycling is also nearly 0,8 kWh/kg.Aluminum alloys can be classified in casting alloys, wrought alloys and heat treatable alloys by considering their chemical composition. Casting alloys have high fluidity in melt state and formed with mostly sand casting, gravity casting and die casting techniques. Commercial casting alloys contain 4-20 wt. % silicon with variable Mg, Cu, Zn ratios. The most used casting alloys are 3xx and 4xx named series which are Al-Si-Cu-Mg and Al-Si alloys, approximately constitutes 90% of aluminum casting alloys. These alloys have high fluidty, good mold filing and have resistance to hot tearing. Wrought alloys have much lower silicon with low fludity, hard to be formed with casting process. These alloys contains around 1 wt. % silicon and mostly formed with extrusion and forging like plastic deformation techniques. Heat treatable alloys are the specific ones which have contains enough alloying element for precipitation hardening.High pressure die casting is an essential production method for producing near net shape automotive products. Production cycle time is low, 100's of parts can be cast in an hour. High solidification rate leads fine grain sized products. HPDC is an injection-like process of molten metal into steel molds. After die filling, high amount of pressure is applied to melt in the mold. With the help of pressure, porosity and shrinkage like casting defects an be minimalized. Also, vacuum systems are being used for preventing the most seen casting defect porosity. It is possible to produce variable cross sectioned and grift products. Applied injection speed helps the melt fill the mold properly, also eutectic and near eutectic die casting alloys are preferred to obtain best quality results. Achieving high strength can be provided with heat treatment but even small amount of porosity causes defects during heat treatment, especially in T6 heat treatment. Developments show using semi-solid processing and wrought alloys is the answer for stronger products.Semi-solid processing is invented in MIT in early 70's. Researches discovered the melts viscosity can be changed by stirring and cooling. Applied shear stress reduces the viscosity of the melt. Mechanical or electromagnetic stirred and cooled melt alloys generate spherical primary phases. These spherical phases have ability to slide over each other easily with applied injection force, which helps increasing melt fluidity. Planar flow is clarified with thixotropy, helps the melt to flow without turbulance and fill the mold still; owing to planar flow, air in the shot sleeve and mold doesn't entrapped in the melt contrarity to turbulance flow and this prevents a common die casting defect, porosity. Reduced temperature difference between mold and melt also prevents shrinkage and reduces exposed to thermal deformation intensity of the mold; which affects die life positive. Spherical microstructure after solidification leads to high mechanical strength and toughness. This process helps to increase the castability of low fluidity wrought alloys.GISS (Gas Induced Semi-Solid) is a novel semi-solid slurry generating method found in early 2000's. Inert gas is used for cooling the melt with vigorous agitation during semi-solid processing. A permeable graphite prob is used for introducing fine inert gas bubbles into the melt. Melt temperature is adjusted to a few temperature above of liquidus temperature, which enables producing semi-solid slurry after inert gas blowing. Graphite probe is immersed into the ladle just before pouring it into the shot sleeve and GISS processing can be done bot manually and automatic mode. Immersed graphite probe enables heat transfer in melt with transmission, which occurs between hot metal and cold prob, and also with the flow of the inert gas in the melt. Vigorous agitation and heat transfer leads partial solidification in melt and a-Al particles are generated. These dendritically solidified particles are broken with the flow of the inert gas, and turn into more globular shape. These globular particles are used for thixotropic manner. And also; broken globular and relatively smaller particles are act as secondary nuclei during solidification phase. In GISS method, relatively lower solid ratio is used divergently from other main rheocasting and thixocasting methods. Thus, GISS can be mentioned as partial-solid processing instead of semi-solid processing. GISS method can be applied to both casting alloys and wrought alloys as aluminum alloys and also magnesium alloys.In this study, hardenable EN AW 6063 (AlMg0,7Si) alloy which is difficult to be formed with conventional casting methods, produced with a novel semi-solid processing method GISS (Gas Induced Semi-Solid) adapted high pressure die casting technique. AnyCasting simulation program is used for comparison of conventional die casting and partial-solid processing. GISS method is used for forming having low fluidity in melt phase 6063 alloy to semi-solid slurry and make it suitable for die casting as increased fludity by applied injection force. Die temperature distribution is calculated with thermal camera between production cycles. As output, conventional die casting and partial-solid casting's affect on part quality is investigated. Porosity, shrinkage, mold filling based on fluidty and durable demolding ability are examined as outcome variables in both conventional and semi-solid casting methods. For hardening, aging at 220°C during 150 minutes is carried out. Radiographic analysis is used for determining internal casting defects. Hardness tests are applied to the parts before and after the heat treatment to observe the effects of conventional and semi-solid casting on mechanical properties. Metallographic and morphologic (SEM & EDS) analysis are carried out as characterization. 105

Bu araştırmada, çalışma grubunu oluşturan sekizinci sınıf öğrencilerinin hayalindeki sürdürülebilir okulları tasarlamaları istenerek, sürdürülebilir okul kavramı konusunda zihinsel algılarının betimlenmesi amaçlanmıştır. Ayrıca öğrencilerin sürdürülebilir yaşam ve sürdürülebilir gelişme konusundaki zihinsel algılarının betimlenmesi bunun yanında çalışmanın `Sürdürülebilir Okul Tasarlama` sürecinde öğrencilerde; çevre bilinci oluşturma, kaynakları verimli ve tasarruflu kullanma bilinci oluşturma, düşünme yeteneği ve tasarım yeteneğini geliştirme gibi alt amaçlar da bulunmaktadır. Bu amaçlar doğrultusunda çalışmada araştırmaya katılan `Sekizinci sınıf öğrencilerinin sürdürülebilir okul kavramı konusunda zihinsel algıları nedir?` sorusuna cevap aranmaktadır. Nitel araştırma yöntemlerinden fenomenoloji (olgu bilim) deseni kullanılan bu araştırmanın çalışma grubunu belirlemede amaçlı örnekleme yöntemlerinden ölçüt örnekleme kullanılmıştır. Çalışma 2018-2019 eğitim-öğretim yılında sosyo-ekonomik düzeyi orta düzeyde olan öğrencilerin oluşturduğu bir devlet okulunda gerçekleştirilmiştir. Çalışma grubunu 17 (5 Kız, 12 Erkek) öğrenci oluşturmuştur. Çalışmada, çalışma grubunu oluşturan öğrencilerin `Sürdürülebilir Okul` hakkında oluşturdukları çizim, rapor ve model ile çalışma grubunu oluşturan öğrencilerle yapılan görüşmeler veri toplama aracı olarak kullanılmıştır. Öğrencilerin yaptıkları resimler, resimleri açıklayan raporları ve sonuçta oluşturulan model ile çalışmalarında sonunda yapılan görüşme sonuçları içerik analizi ile analiz edilmiştir. Araştırmanın sürdürülebilir okul tasarımı kısmında kısmen de olsa malzeme temin etme sıkıntısı yaşanmıştır. Araştırma sonucunda elde edilen bulgular ışığında; öğrencilerin sürdürülebilir okul kavramına ilişkin fikirleri yedi tema altında toplanmıştır. Bu temalar atık yönetimi, enerji, gıda, okul peyzajı, sosyal boyut, su ve ulaşım şeklindedir. Araştırma sonucunda ayrıca öğrencilerin sürdürülebilir yaşam koşullarına istekli olduğu, sürdürülebilir olarak tasarlanan bir okulda da öğrenim görmek istedikleri belirlenmiştir. Bu çalışmanın ilgili literatürdeki eksikliği tamamlayarak, bundan sonra yapılacak çalışmalara ışık tutacağı düşünülmektedir. In this research, it is aimed to describe mental perceptions of the eighth grade students about the concept of sustainable school by asking them to design sustainable school in their dream. In addition, in this research there is to describe the students' mental perceptions about sustainable living and sustainable development as well as the study has also sub-objectives such as creating enviromental awareness and creating awareness to use resources efficiently and economically, devoloping the ability to think and developing design skills on students who are in process of ''sustainable school design.'' In the line with this objectives it is looked for the answers of question ''What is the mental perception of eighth grade students about the concept of sustainable school?'' In this research phenomenology from qualitative reseach methods was used and to determine the study's working group criterion sampling from purposive sampling methods was used. The study was conducted in a public school composed of students who are intermediate socio-economic level in 2018-2019 academic year. The working group consisted of 17 (5 girls, 12 boys) students. In this study; the drawings, reports and models about sustainable school were made by students in working group, and interviews were made with students in working group were used as data collection tools. Student's picture, reports which express pictures and model was formed in conclusion and results of interviews were analyzed with concent analysis. In part of the sustainable school design of the research, there has been a shortage of material procurement. In the light of the finding of the research, the idea of students about concept of sustainable school are gathered under seven themes. These themes are waste management, energy, food school landscape, social dimention, water and transportation. As a result of the research, it was determined that the students were eager for sustainable living conditions and they wanted to study in a sustainble school. It is thought that this study will shed light on the studies will be done by completing the lack of relevant literature. 177

Günümüzde insanlığın yaşam konforunu geliştirmek amacıyla istek ve ihtiyaçları varolan teknolojilerin ve ürünlerin sınırlarını zorlayarak artmaktadır. Son yıllarda artan bu istek ve ihtiyaçlar doğanın taklit edilmesi yoluyla yeni malzeme ve teknolojilerin geliştirilmesini sağlamaktadır. Bal arılarının doğal olarak oluşturdukları kusursuz hücresel bal peteği yapılarından ilham alınarak geliştirilen insan yapımı bal peteği yapıları; hafiflik, dayanım, enerji sönümleme gibi üstün özellikleri nedeniyle hayatın her alanında yaygın olarak kullanılabilme potansiyelleriyle çalışmalara sürekli konu olmaktadır. Bal peteği yapıları, birbirine bağlanmış ince malzeme tabakalarından oluşan, iki boyutlu sıralanmayla düzlem alanı periyodik olarak dolduran prizmatik hücresel malzemelerdir.İnsanlığın doğadan esinlenerek geliştirdiği bal peteği yapıları, hafiflik, rijitlik, enerji sönümleme, ısı, ses ve akustik yalıtım sağlama, korozyona dayanıklı olma, küf, mantar ve bakteri oluşumlarını engelleme, aleve dayanım, kimyasallara karşı dirençli olma gibi önemli özelliklere sahip olabilmeleri nedeniyle çeşitli enerji sönümleme uygulamalarında ve özellikle sandviç panel yapılarında yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Benzersiz özelliklere sahip bu yapıların özelliklerinin ortaya çıkarılmasına çeşitli parametreler etki etmektedir. Bal peteği yapıların özelliklerinin ortaya çıkarılmasına etki eden önemli parametreler, yapının üretiminde kullanılan ana malzeme türü, üretim yöntemi, hücre yapısı, hücre geometrisi, hücre düzeni ve topolojidir.Bal peteği yapıların üretimi için uzatarak şekil verme, kıvırma ve sıkıştırma kalıplama yöntemleri ile eklemeli (katmanlı) imalat teknolojileri kullanılarak doğrudan üretim olmak üzere çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Uzatarak şekil verme, kıvırma ve sıkıştırma kalıplama ile üretim yöntemleri bal peteği yapılarını üretmek için sıklıkla kullanılan geleneksel yöntemlerdir. Eklemeli imalat teknolojileriyle üç boyutlu yazıcılar kullanılarak bal peteği yapıların doğrudan üretimi ise, geleneksel üretim yaklaşımlarının sınırlamalarını kaldırmasıyla günümüzde kullanımı ağırlık kazanmıştır. Üç boyutlu yazıcılar ile bal peteği yapıların üretiminde hücre geometrileri, hücre çapları ve hücre kalınlıkları değiştirilebilmekte ve geniş malzeme seçeneklerinden faydalanılabilmektedir.Bu tez çalışmasında, özgün tasarım bal peteği yapıları, bilinen diğer üretim yöntemlerinin aksine, eklemeli imalat teknolojileriyle modellerin basımı gerçekleştirildikten sonra Türkiye' de bir ilk olarak dereceli hassas döküm (kayıp mum) yöntemi kullanılarak başarıyla üretilmişlerdir. Dereceli hassas döküm yöntemi, alçı vb. kalıp malzemeleri ile kaplanan nihai ürün mum modelinin yapıdan uzaklaştırılmasının akabinde yerine sıvı metalin dökülmesi prensibine dayanmaktadır.Oluşturulan tasarım verileri, çeşitli hücre çaplarına ve hücre et kalınlıklarına sahip düz altıgen (regular hexagonal) geometride bal peteği yapıları ile kaydırmalı altıgen (offset strip hexagonal) geometride bal peteği yapılarını içermektedir. Düz altıgen geometride bal peteği yapıları ile her biri altıgen prizma şekline sahip hücrelerin sıralanmasıyla düzlem alanı dolduran hücresel bal peteği yapıları ifade edilmektedir. Kaydırmalı altıgen geometride bal peteği yapıları ile ise her biri 10 mm yüksekliğe sahip toplam 5 katmandan oluşan ve her bir katmanında yarım hücre altıgen kaydırması yapılmış olarak düzlem alanı dolduran hücresel bal peteği yapıları ifade edilmektedir. Düz ve kaydırmalı altıgen geometride bal peteği tasarımları 6,2 mm ve 10,8 mm hücre çaplarına sahip ve hücre et kalınlıkları 0,8 mm' dir.Tez çalışması kapsamında ilk olarak düz ve kaydırmalı altıgen geometrilere sahip bal peteği yapıların bilgisayar destekli tasarımları (CAD) yapılarak, temel ham maddesi polimer toz olan bağlayıcı püskürtme imalat tekniğine sahip üç boyutlu yazıcıda işlenmiştir. Üç boyutlu yazıcı vasıtasıyla elde edilen bal peteği mum modeller, yolluk dizilimleri yapıldıktan sonra vakum ve vibrasyon ortamında alçı ile kalıplanarak, silindirik delikli dereceler (fanus) içerisine yerleştirilmiş ve döküm kalıpları oluşturulmuştur. Hazırlanan döküm kalıplarının, elektrik rezistanslı fırın içerisinde normal atmosferde mum giderme ve alçı pişirme işlemleri gerçekleştirilmiştir. Fırın içerisinden alınan alçı kalıplar vakum destekli döküm haznesi içerisine yerleştirilmiş ve kalıbın içerisindeki model mumun kaybolmasıyla oluşan boşluğa, ergitilen A356 (AlSi7Mg0.3) alüminyum alaşımı dökülerek, ergiyik metalin katılaşması sağlanmıştır. Katılaşma sonrası kalıplar alçıdan temizlenmiş ve elde edilen metal yapıya tesviye işlemleri yapılmıştır. Üç boyutlu yazıcıdan elde edilen model kalıp içeriğinde Polypor ticari bağlayıcılı Polimetilmetakrilat (PMMA) ana toz malzemesi bulunmaktadır. Çalışmalar kapsamında kullanılan malzemelere XRD ve TGA analizleri yapılarak özellikleri ve üretime uygunlukları belirlenmiştir. Üretimi yapılan çeşitli geometrilere sahip bal peteği yapıların özelliklerini belirlemek ve proses parametrelerini optimize etmek amacıyla makro ve mikro yapı incelemeleri optik mikroskop (OM) ve taramalı elekton mikroskopları (SEM) yardımıyla yapılmıştır. XRD analizleri yapılarak fazları tayin edilen bal peteği yapılara mikro sertlik ve basma testleri uygulanmıştır.Dereceli hassas döküm yöntemiyle üretim sonrası yapılan makro yapı incelemelerinde, bağlayıcı püskürtme tekniğine sahip üç boyutlu yazıcı kullanılarak elde edilen düz ve kaydırmalı altıgen geometride bal peteği model mumlarının, alüminyum alaşım esaslı metal malzeme kullanılarak bire bir replikasyonlarının elde edildiği görülmüştür. Yapılan üretim çalışmaları sonucunda bal peteği numuneler üzerinde modelin alçı ile kalıplanması aşamasında alçı hazırlama ünitesi içerisinde yapılan vakumlama işleminin bir sonucu olarak oluştukları düşünülen çeşitli boyutlarda yuvarlak kabarcıklar (blister) ile karşılaşılmıştır. Öte taraftan mikro yapı incelemelerinde bal peteği numunelerin bazı bölgelerinde çeşitli gözenekler ile karşılaşılmıştır. Üretimi yapılan parçaların mukavemetini etkileyen bu gözeneklerin oluşumunda hidrojen gazı ve çekinti gözenekliliği (shrinkage porosity) olmak üzere iki nedenin etkili olabileceği düşünülmüştür. 400°C, 500°C, 600°C ve 700°C sıcaklığa sahip alçı kalıplar ile yapılan döküm işlemleri sonrası yapılan mikroyapı incelemelerinde, alçı kalıbın sıcaklığı artıkça A356 alüminyum alaşımlarının daha kaba dentritlerden oluştuğu ve ikincil dentrit kolları arası mesafelerin arttığı görülmüştür. Yapılan XRD incelemelerinde yalnızca A356 alüminyum alaşımı kimyasal kompozisyonuna ait alüminyum ve silisyum pikleri görülürken, herhangi yabancı bir faz ile karşılaşılmamıştır. Dereceli hassas döküm yöntemiyle üretilen parçalarda elde edilen ortalama Vickers mikro sertlik değerlerine göre alçı kalıp sıcaklığının numunelerin mekanik özelliklerine etki ettiği belirlenmiş ve elde edilen sonuçlarda 400°C alçı kalıp sıcaklığında dökülen bal peteği numunenin diğer numunelere göre ortalama mikro sertlik değerinin daha yüksek olduğu görülmüştür (79,1 Hv0.1). 500°C, 600°C ve 700°C sıcaklığa sahip kalıba dökülen numunelerin ise sırasıyla 63,6 Hv0.1, 62,4 Hv0.1 ve 65,3 Hv0.1 mikro sertlik değerleri verdiği görülmüştür. Üretilen bal peteği yapıların basma testleriyle elde edilen tüm gerilme – birim şekil değiştirme (%) grafiklerinde öncelikli olarak düşük birim şekil değiştirme (%) değerlerinde elastik (linear elastic) davranış gözlemlenmiş ve daha sonra yaklaşık %70 birim şekil değiştirme değerlerine kadar hemen hemen tüm grafiklerde `hücrelerin/gözeneklerin yıkılması` (plateau stress) eğrisi görülmüştür. Gerilme – birim şekil değiştirme (%) grafiklerinin son bölgesinde ise sabit birim şekil değiştirmeye gidilirken gerilme değerlerinde diklemesine doğru artışın olduğu 'yoğunlaşma bölgesi' (densification region) gözlemlenmiştir. Basma testi verilerinde 6,2 mm hücre çapına sahip düz ve kaydırmalı altıgen geometride bal peteği yapıların, 10,8 mm hücre çapına sahip olanlara göre hem X, hem Y, hem de Z eksenel yönlerde basma gerilmesi değerlerinin daha yüksek olduğu görülmüştür. Diğer taraftan, Z eksenel yönünde yapılan tüm basma testlerinde, X ve Y yönlerinde yapılan testlere göre daha yüksek basma gerilmesi değerleri elde edilmiştir. Yapılan basma testlerinde son olarak, özgün olarak tasarımı yapılan kaydırmalı altıgen geometride bal peteği yapıların, düz altıgen geometride bal peteği yapılara göre basma gerilmesi değerlerinin daha yüksek olduğu görülmüştür. Nowadays, in order to improve the comfort of life of mankind, their demands and needs are increasing by forcing the limits of existing technologies and products. In the recent years, these increasing demands and needs have enabled the development of new materials and technologies through imitation of nature. Due to their superior properties such as lightness, strength, energy absorption; man-made honeycomb structures which are developed with inspiration by natural honeycomb cellular structures is a constant subject of studies with its potential to be widely used in all areas of life. Honeycomb structures are prismatic cellular materials that consist of layers of thin material connected to each other filling the plane area periodically in two-dimensional order.Due to their tremendous characteristics such as lightness, rigidity, energy absorption, thermal, sound and acoustic isolation, corrosion resistance, prevention of bacteria and fungus formation, resistance to flame and chemicals, man-made honeycomb structures are widely used as the core materials of the sandwich panels in composite structures. Various parameters play role in determining the characteristics of these unique structures. The parameters that reveal the important properties of honeycomb structures can be classified as the main material type, production method, cell structure, cell geometry, cell layout and topology.For the production of honeycomb structures, a variety of methods are used including expansion, corrugation and compression molding methods and also direct production used additive manufacturing technologies. Expansion, corrugation and compression molding methods are traditional methods commonly used to produce honeycomb structures. On the other hand, the direct production of honeycomb structures by using three-dimensional printers with additive manufacturing technologies has gained weight because of exterminate the limitations of traditional production approaches. With the production of honeycomb structures by three-dimensional printers cell geometries, cell sizes and cell thicknesses can be changed and wide material options can be utilized.Additive manufacturing is the production technology in which three-dimensional objects can be produced rapidly by physically adding layer-upon-layer of material slices forming a whole. The additive manufacturing technologies that emerged in the 1980s were also known as rapid prototyping since they were originally used only for prototype production. Although it is known that three-dimensional printers have different titles and classifications in the literature, they can be analyzed under seven main classifications as powder bed laser melting, directed energy deposition, material jetting, binder jetting, material extrusion, sheet lamination and vat photopolimerisation. Even though there are many different additive manufacturing methods, all these methods meet at a common basis. In additive manufacturing methods, three-dimensional design data is created primarily with computer-aided design programs. The created design file is converted to a suitable file format such as `.stl` with software programs. Then, on the basis of the preferred production method, the appropriate device is selected and production is performed by setting parameters. In the selection of the method, the material to be produced, the geometry of the product to be obtained, the mechanical properties of the part, the physical properties such as conductivity and temperature are important parameters.In this thesis, unlike other known production methods, original design honeycomb structures has successfuly produced first time in Turkey by using investment flask mould casting (loss wax) method after manufacturing of sacrificial pattern mold with additive manufacturing technologies. Investment flask mould casting method is based on the principle of casting of liquid metal instead of the final product wax model coated with gypsum etc. mold materials.Created design data includes the regular hexagonal (düz altıgen) and offset strip hexagonal (kaydırmalı altıgen) honeycomb structures with various cell diameter and cell wall thicknesses. The term of regular hexagonal honeycomb structures means that the cellular structures that filling the plane area in order periodically with hexagonal prism shaped. The term of offset strip hexagonal honeycomb structures means that the cellular structures (consisting of 5 layers in total and each layer with a height of 10 mm) that filling the plane area with shifted half cell hexagons at each layer. Regular hexagonal and offset strip hexagonal honeycomb designs have cell diameter of 6.2 mm and 10.8 mm and their cell wall thicknesses are 0.8 mm.In the scope of the thesis study, computer-aided design (CAD) of regular hexagonal and offset strip hexagonal honeycomb structures were performed firstly and these designs were fabricated in a three-dimensional printer having binder jetting technique. The honeycomb wax preform model materials obtained by the three-dimensional printer were molded with gypsum in the vacuum and vibration atmosphere after the tree design have been made, and the casting molds were formed in cylindrical perforated flasks. Afterwards, dewaxing and burnout processes were carried out to the molds in the electrical resistance furnace at normal atmosphere. The casting molds taken from the furnace were placed in the vacuum-supported casting chamber and the space which occured with loss of model wax inside the molds was filled with A356 (AlSi7Mg0.3) aluminum melt metal and so on the casting operations were carried out. After the solidification of the melt metal, casting molds were cleaned from gypsum and the obtained metal structure was leveled. The preform model material obtained from the 3D printer contains Polymethylmethacrylate (PMMA) main powder material including Polypor commercial binder. XRD and TGA analyzes were carried out for the materials used in the study, so their properties and suitability for the production were determined. To determine the properties and to optimize the process parameters of produced honeycomb structures, macro and microstructure investigations were performed with optical microscope (OM) and scanning electron microscope (SEM). After the XRD analysis of produced honeycomb structures, micro hardness and compression tests were performed to determine the mechanical properties of the materials.In the macro structure examinations, it was observed that regular hexagonal and offset strip hexagonal honeycomb wax preform models fabricated in a three-dimensional printer having binder jetting technique, one-to-one replications were produced by using aluminum alloy based metal structures. After experimental studies, the round blisters of various sizes which thought to be formed as a result of the vacuuming process made in the gypsum preparation unit were observed on the honeycomb samples. On the other hand, various pores were encountered in some parts of microstructures. It was thought that two reasons, hydrogen gas and shrinkage porosity, could be effective in the formation of these pores which could have a detrimental effect on the mechanical properties. In the microstructure investigations, after production with casting molds having a temperature of 400°C, 500°C, 600°C and 700°C, it was observed that as the temperature of the casting mold increased, the A356 aluminum alloys consisted of coarser dendrites and the distances between the secondary dendrite arms increased. In XRD analysis, only aluminum and silicon peaks of chemical composition of A356 aluminum alloy were observed, no foreign phase was encountered. According to the average Vickers micro hardness values obtained on the honeycomb samples produced by flask mould casting method, it was determined that the casting mold temperature had an effect on the mechanical properties of the samples and it was found that the honeycomb sample poured at 400°C casting mold temperature had higher average micro hardness value than the other samples (79,1 Hv0.1). It was observed that the samples poured into the casting molds having temperatures of 500°C, 600°C and 700°C gave micro hardness values of 63,6 Hv0.1, 62,4 Hv0.1 ve 65,3 Hv0.1 respectively. In all stress - strain (%) graphs obtained by compression tests of the honeycomb structures produced, primarily linear elastic behavior was observed at low unit deformation (%) values and in almost all graphs, up to about 70% unit deformation values, the plateau stress curve was observed. In the last region of the stress-strain (%) graphs, while the constant strain was seen and the densification region in which the increase in the stress values perpendicularly was observed. In the compression test data, regular and offset strip hexagonal honeycomb structures with 6.2 mm cell diameter were found to have higher compressive stress values in both X, Y and Z axial directions than those with 10.8 mm cell diameter. On the other hand, in all compression tests in the Z axial direction, higher compressive stress values were obtained than in the X and Y directions. Lastly, compression tests showed that the original design offset strip hexagonal honeycomb structures had higher compressive stress values than the regular hexagonal honeycomb structures. 131

Günümüzde dünyanın harcadığı en büyük çaba önceki yıllarda atmosferde neden olduğu CO2 emisyonunu azaltmak üzerine olduğu görülmektedir. Atmosferde, CO2 1 ppm (milyonda bir) artması dünya sıcaklığının 1°C yükselmesine sebep olduğu bilinmektedir. Bu artış ekolojik düzenin bozulmasına ve çeşitli doğal afetlerin yaşanmasına neden olmaktadır. CO2 emisyonunun kaynakları incelendiğinde, ulaşım sektörünün listenin başında olduğu görülmektedir. Ulaşım sektörü kaynaklı emisyonun azaltılması, doğal düzenin korunması için önem arz etmektedir. Bu durumda alternatif enerji kaynakları bulmak ve temiz bir şekilde ulaşımı sağlamak için çeşitli enerji depolama sistemleri geliştirilmiştir. Sistemler incelendiğinde lityum iyon piller yüksek kapasite, yüksek güç, hafiflik, tasarım kolaylığı gibi özelliklerinden dolayı ön plana çıkmaktadır. Fakat lityumun reaktif olması nedeniyle güvenlik kaygıları ve bu pillerin maliyetinin yüksek olması ticari olarak kullanılmasının önündeki en büyük iki engeldir.Lityum iyon piller, oksidasyon/ redüksiyon reaksiyonlarının gerçekleştiği anot ve katot, bu iki elektrot arası teması engelleyen seperatör ve lityum iyonlarının transferini sağlayan elektrolitten meydana gelirler. Bu pillerin uzun ömürlü olması, yüksek performans göstermesi gibi özellikleri büyük ölçüde katot malzemelerinin özelliklerine bağlıdır. Şarj edilebilir pillerde kullanılan katot malzemelerinin gelişim süreci LiCoO2 malzemesinin 2019 yılı Kimya dalında Nobel ödülünü de alan Goodenough ve ekibi tarafından keşfedilmesi ile başlamıştır. Bu malzeme ticari olarak kullanılmasına rağmen kobaltın pahalı, toksik olması ve yüksek voltajlarda faz dönüşümünün gerçekleşmesinden dolayı elektrokimyasal performansta düşüşler görülmesi sebebiyle LiNiO2 katot malzemesi incelenmiştir. Nikelin iki basamaklı oksidasyon ve redüksiyonu sayesinde yüksek enerji elde edilmektedir. Fakat, Ni2+ iyonunun Li+ iyonu ile yarıçaplarının yakın olması bu malzemenin sitokiyometrik olarak sentezini zorlaştırmaktadır. Bu durumun önüne geçmek için bu yapıya mangan, kobalt, demir, alüminyum gibi metaller kristal yapısına katkılandırılarak elektrokimyasal performansın iyileştirilmesi hedeflenmektedir. LiNiO2 yapısına kobalt ve alüminyum eklenerek elde edilen yeni nesil katot malzemesi NCA olarak adlandırılmakta olup genel olarak çalışılan bileşimi LiNi0,8Co0,15Al0,05O2 olmaktadır. Yüksek nikel içeriği yüksek enerji elde edilmesini sağlamakta, kobalt ise nikelin lityum yerini alması engellediği düşünülmektedir. Alüminyum ise oksijen ile bağ enerjisi fazla olduğundan dolayı yüksek sıcaklıklarda oksijen salınımını engellemekte ve pilin güvenliğini sağlamaktadır. Kobaltın toksik ve pahalı olması, yüksek şarj kesim voltajlarında oksijen salınımına sebebiyet vermesi maliyet, güvenlik ve elektrokimyasal performans açısından lityum iyon pilleri dezavantajlı duruma düşürmektedir. Bu dezavantajları ortadan kaldırmak için kobalt metalinin başka metallerle değiştirilmesi lityum iyon pillerin gelişimini hızlandırmak için bir strateji olarak ön plana çıkmaktadır.NCA katot malzemesinin barındırdığı özellikleri kaybetmeden kobalt metalinin bir alternatif metalle değiştirilmesi gerekmektedir. Bu durumda ise kobaltın yapı içerisindeki görevinin ne olduğunun ve sebep olduğu problemlerin mekanizmasının anlaşılması gerekmektedir. NCA malzemesi α-NaFeO2 katmanlı hegzagonal kristal yapıya sahiptir. Bir katmanda lityum atomları bir katmanda oksijen atomları ve bir katmanda ise geçiş metalleri gelişi güzel dağılmaktadır. Bu yapıda her atomun kristal yapıda kendine ayrılmış bölgesine yerleşmesi önemlidir. Geçiş metallerinin özellikle Ni2+ iyonunun Li+ tabakasına geçmesi katyon karışımı (cation mixing) olarak adlandırılmakta ve bu durum lityumun yapıya giriş ve çıkışına engel olmaktadır. Kristale eklenen eser miktardaki kobalt bu durumun önüne geçilmesini sağlamaktadır. Düzgün kristal yapıya sahip katot üretiminde kobalt eklentisinin yanı sıra üretim yöntemindeki parametreler etkilidir. Günümüzde katot malzemeleri ticari olarak birlikte çöktürme (coprecipitation) yöntemi ile üretilmektedir. Bu yöntemde geçiş metallerine ait çözelti sulu ortama belirli bir hızla beslenmektedir. Çöktürücü ajan olarak genelde sodyum hidroksit (NaOH), metallerin kristal yapıda beraber bulunmalarını sağlamak amacıyla şelatlayıcı ajanlar kullanılmaktadır. Genel olarak NH4OH şelatlayıcı ajan olarak tercih edilmektedir.Nikel ve kobalt elementleri NH4OH ile kompleks oluşturup ortamdaki OH- iyonu konsantrasyonuna bağlı olarak Ni-Co-OH halinde çökmektedir. Fakat alüminyum iyonu NH4OH ile kompleks oluşturmamakta ve çok hızlı bir şekilde Al(OH)3 oluşturup çekirdeklenmektedir. Daha geç çekirdeklenen nikel ve kobalt alüminyumun etrafında büyümekte bu da sitokiyometrinin sapmasına neden olmaktadır. Ayrıca NH4OH çevreye zararlı bir kimyasaldır. NCA malzemelerinin tercih edilmesindeki amaç elektrikli araçları yaygınlaştırmak olduğu düşünüldüğünde üretim yöntemlerinde de aynı çevre bilinci ile hareket edilmelidir.Aynı durum kobalt için de geçerliliğini korumaktadır. Kobaltın toksik ve maliyetli oluşundan dolayı alternatif yeni elementler düşünülmelidir. Bu bağlamda kobaltın yerini alacak elementin kobalt ile yarıçap, elektronik konfigurasyon, valans durumunu gibi özelliklerinin benzer olması gerekmektedir. Periyodik tablo incelendiğinde kobalta alternatif olarak bakır kullanılabileceği ön görülmektedir. Bu çalışmada LiNi0,8Co0,15Al0,05O2 ve LiNi0,8Cu0,15Al0,05O2 katot malzemeleri sülfat bazlı hammadelerden NH4OH ve sitrik asit şelatlayıcı ajanları kullanılarak birlikte çöktürme yöntemi ile üretilmiştir. Çöktürücü ajan olarak NaOH kullanılmış ve deney süresince pH sabit olarak tutulmuştur. Elde edilen çökelti üç litre saf su ile yıkanmış ve sodyum, sülfat iyonlardan ayrıştırılmıştır. Çökelti 120°C'de gece boyunca kurutulmuş morfolojik ve yapısal karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Daha sonra ise LiOH kullanılarak 750°C'de 5 saat boyunca ısıl işleme tabii tutulmuştur. Morfolojik ve yapısal karakterizasyonlar gerçekleştirildikten sonra ağırlıkça 8:1:1 oranında aktif malzeme, bağlayıcı (PVDF) ve iletken (C siyahı) ile karıştırılarak elektrotlar üretilmiştir. Atmosfer kontrollü ortamda piller üretilmiş olup 3,0-4,3 voltaj aralığı arasında C/10 akım hızı ile test edilmiş piller 100 çevrim yapmıştır. Reaksiyonların gerçekleştiği voltajları gözlemlemek adına çevrimsel voltametri testleri ve pil içerisindeki direnci gözlemlemek adına elektrokimyasal empedans spektroskopisi uygunlanmıştır. NH4OH ile üretilen numunelerde hem NCA hem de NCuA kodlu numunelerde katyon karışımına rastlanmıştır. Bu numunelerin ilk çevrimlerine ait kapasite değerleri sırasıyla 173,78 mAsa/g ve 151,75 mAsa/g olarak elde edilmiştir. 100 çevrim sonunda kapasite korunumları sırasıyla %55,26 ve %50,26 olarak elde edilmiştir. Sitrik asit ile üretilen numunelerde ise katyon karışımına rastlanmamıştır. NCA-CA ve NCuA-CA kodlu numunelerin kapasite değerleri sırasıyla 162,80 mAsa/g ve 144,69 mAsa/g olarak hesaplanmıştır. 100 çevrim sonunda kapasite korunumları sırasıyla %70,29 ve %72,34 olarak bulunmuştur. Nowadays, the whole world struggles to reduce CO2 emission because humankind realize the fact that we are at the edge of the cliff. All the damage created by humankind to nature is reached to an unrecoverable level. When the main reason of this CO2 emission is investigated, it is seen that the transportation sector is to blame in the list. In order to reduce CO2 emission sourced from transportation sector, electric vehicle usage is the best solution that humankind has. In this regard, new powerful energy sources are necessary. Among other energy storage devices, lithium ion batteries stand forward due to their high capacity, eco-friendliness, long cycle life, and high power capability. Even though, these batteries are suitable for electric vehicles, safety concerns and the prize of these batteries are the main drawbacks of their commercialization.Lithium in batteries are composed of two electrodes that oxidation/reduction reactions occur which are anode and cathode, a separator that prevents physical contact between anode and cathode and finally electrolyte that allows Li+ diffusion during charge and discharge process. The quality of the battery greatly depends on the cathode material. Thus, researches have been focused on to boost the electrochemical properties of the cathode materials.If the historical background of lithium ion batteries is considered, born of lithium ion batteries resulted from high power and lightness demand. First, TiS2 cathode material was placed against lithium. However, the false operation conditions and the dendritic growth of lithium caused explosions. The huge step on lithium ion battery sector is started thanks to 2019 Chemistry Nobel prize winner Goodenough and his team which discovered LiCoO2 cathode material. This structure contains lithium and plays a lithium source role in the battery. With the discovery of carbon anodes, lithium ion batteries are started to become commercial products since 1991. Even though LiCoO2 used in commercially, toxicity and the cost of cobalt, moreover the decrease of electrochemical performance of LiCoO2 in subsequent cycles, pushed researchers to find better cathode materials and they have discovered LiNiO2 could be the best candidate to replace LiCoO2 cathode materials.Two step oxidation reactions of Ni provides LiNiO2 materials high energy, however; stoichiometric synthesis of LiNiO2 is difficult due to the similar ionic radius of Ni2+ and Li+. In order to overcome this synthesis difficulty, researchers have doped metals such as iron, aluminum, cobalt, manganese and aimed to improve the electrochemical properties of LiNiO2 cathodes. NCA cathodes which contain nickel, cobalt, aluminum is the best alternative for high capacity and long cycle life cathode materials. Its composition is almost fixed at LiNi0.8Co0.15Al0.05O2. In the case of high aluminum concentration, a decrease in practical capacity has been observed. Besides, in higher cobalt concentrations, the price of the battery is increased. Each element provides a specific property to cathode material. Nickel is responsible from capacity, cobalt prevents the diffusion of nickel to the lithium layers and aluminum reduces oxygen release and increases safety. Toxicity, prices and oxygen release at high voltages of cobalt hinders the commercialization of lithium ion batteries. Electric vehicles are suggested to reducce CO2 emission but in their production environmental conciousness must be considered as well. Thus, cobalt content in lithium ion batteries must be eliminated. To eliminate cobalt, it should be understood its role and the mechanism of the problems that related with cobalt. Oxygen release is related with the band structure of oxygen and cobalt. t2g band of cobalt is top of the oxygen eg band. At high voltages, because of the oxidation of cobalt, oxygen becomes O2 and leaves the crystal structure. This leads to capacity fading and phase transformations.NCA cathode material has α-NaFeO2 type hexagonal structure and its space group is R-3m. In this structure, each layer occupied by lithium, oxygen and metals and stacking sequence is ABCABCABC. It is essential the fact that each atom occupies its own layer, unless cation mixing takes place especially between lithium and nickel ions. This situation hinders intercalation/deintercalation of lithium ions to the crystal structure and decreases the capacity. Miniscule amount of cobalt prevents nickel ion diffusion to the lithium layer. Appropriate crystal structure related with the elements as well as the production parameters. It is possible to produce NCA cathode materials with various methods such as, solid state synthesis, sol-gel, hydrothermal method and coprecipitation. In solid state synthesis, producing NCA cathodes takes to much time due to solid-solid diffusion kinetics. For sol-gel method, the starting materials are expensive and this increases the price of the cathode. Another alternative is hydrothermal method. However, the requirements of expensive equipments increases the investment price. Cheap starting materials and good process control make coprecipitation method most prefferable. In these days, for production of cathode materials, coprecipitation method is used. Producing LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 complex structure, chelating agents must be used. Unless, each metal forms its own oxide form such as NiO2, Co3O4 and Al2O3. Chelating agents are used to prevent separate oxide formation and connect them together. In addition to produce complex structures, another role of chelating agent is to slow down the reactions. Thus, production process can be controlable. Today's cathode materials production NH4OH used as a chelating agent. Nickel and cobalt form complexes with NH4OH and depending on the OH- ion concentration precipitated as Ni-Co-OH. In the presence of aluminum, Al(OH)3 formed rapidly, because aluminum does not form complexes with NH4OH. This leads to rapid nucleation of Al(OH)3 and on this nucleations Ni-Co-OH precipitates. Thus, the desired stoichiometry can not be achieved. In addition to stoichiometry, small particles form and tap density reduces.All these drawbacks are taken into account, in this study cobalt free cathode materials are produced by co-precipitation method and using both NH4OH and citric acid as chelating agent. Instead of cobalt, copper and iron is doped to the structure. Depending on the doped material pH value in experiments are varied. Metal solution molarity, NaOH molarity, temperature, stirring rate parameters are kept constant in the experiment. NH4OH molarity was 2 and citric acid molarity kept at 0.01. After the experiments, precipitates are filtered and washed with distilled water several times. The precipitates are dried at 120°C, 12 hours and then two step heat treatment is applied. XRD analysis is used to investigate the crystal structure, SEM analyses is used to investigate the morphology. Electrochemical characteriations are performed to examine the electrochemical properties of cathode materials.In the samples produced with NH4OH, cation mixing was found in both NCA and NCuA coded samples. The capacity values of these samples were obtained as 173.78 mAh / g and 151.75 mAh/g respectively. At the end of 100 cycles capacity retention were obtained as 55.26% and 50.26%, respectively. No cation mixing was found in the samples produced with citric acid. The capacity values of NCA-CA and NCuA-CA coded samples were calculated as 162.80 mAna / g and 144.69 mAna / g, respectively. At the end of 100 cycles, capacity retentions were found as 70.29% and 72.34%, respectively. 94

The idea behind this study is to unify extractive metallurgy and electrochemistry to fabricate electrodes of green energy storage devices with an environmentally friendly approach. In this perspective, first a domestic ferro-titanium alloy is leached with sulfuric acid. L9 Taguchi design of experiment has been used to analyze the process parameters on the leaching efficiency and achieve the highest productiveness eventually. In the second part, the recovered oxides (iron oxide and titanium oxide) are characterized structurally, compositionally and morphologically. The possible uses of these powders as anode material have been discussed based on electrochemical performances. Bu çalışmada, Ekstraktif metalurji ve elektrokimyasal yöntemler ile, çevreye olan zararı en aza indirgeyerek, enerji depolama için kullanılacak negatif elektrot üretim porsesi geliştirilmiştir. ilk olarak Ferro-titanyum alaşımı sulfurik asit ile liç edilmiştir. Liç prosesinde, L9 Taguchi deneysel tasarım metodu kullanılarak, şeçilen process parametrelerin, liç verimi üzerine etkisi incelenmiştir. İkinci kısımda, üretilen Fe ve Ti zengin oksit malzemeler, Li-iyon bataryalar için anot performansları incelenmiştir. 96

Alüminyum malzemeler günümüzde uzay sanayinden, tıp ve havacılığa kadar çeşitli alanlarda çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Sahip olduğu mekanik ve fiziksel özellikler sayesinde bir çok malzemenin yerini almaktadır. Son dönemdeki teknolojik gelişmeler ve malzeme bilimindeki araştırmalar alüminyum ve alaşımlarının yaygınlaşmasına sebep olmuştur.Alüminyum alaşımları döküm ve dövme alüminyum olarak iki ayrı sınıfa ayrılmaktadır, iki ayrı sınıfın da kendine has ayrı özelliklerinin olduğunu görülmektedir. Dövme alaşımlar daha çok hafiflik aranan yerlerde panel ve boru gibi yapısal elemanlar olarak kullanılırken, döküm alaşımları makine parçaları, dişli yuvaları ve makine blokları gibi aşınma ve yükle karşı karşıya gelen uygulamalarda kullanılmaktadır. Döküm ve dövme alaşımları; bulundurdukları kütlece alaşım elementi oranlarına göre birbirinden ayrılmaktadır. Alaşım elementleri; alüminyum ve diğer alaşım elementleriyle bir araya gelerek ikincil fazlar oluşturmaktadır.Bu sayede alüminyum ile belli oranlarda oluşturdukları ikincil fazlar matris içerisinde oluşarak; yumuşak bir matris içerisinde bölgesel sertlikler oluşturarak malzemenin yük taşıma ve aynı zamanda aşınmaya karşı direncinde artış sağlamaktadır.Alüminyumun silisyumla alaşımlandırıldığı seri olan 4xxxx serileri, günümüzde yaygın olarak aşınma direnci gerektiren uygulamalarda kullanılan alüminyum serilerinden biridir. 4xxxx serilerinde silisyumun oranına bağlı olarak mikroyapı değişir, bu sayede malzemenin makro ölçekte fiziksel ve mekanik özelliklerinde iyileşmeler sağlanmaktadır.Yarı katı döküm teknolojilerinin (Gas Induced Semi-Solid, GISS) geliştirilmesi ve uygulanmasındakı temel hedef malzeme kalitesini geliştirmek ve üretim esaslı porozite ve çekinti gibi problemleri engellemektir.Beyaz eşya, uçak-uzay ve otomotiv gibi sanayilerde; son dönemlerde hafiflik ve enerji tasarrufu gerektiren uygulamalarda özellikle alüminyumun kullanımında artış gözlenmektedir. Alüminyumun üstün özellikleri sayesinde, çeşitli uygulamalarda farklı malzemelere alternatif olarak kullanılmaktadır; son dönemde özellikle birbirlerine karşı çalışan makine parçalarındaki aşınma problemlerine engel olabilmek adına alüminyum alaşımları kullanılmaktadır. Bu çalışmada; 46000 (AlSi9Cu3(Fe)), 48000 (AlSi12CuNiMg) ve 48100 (AlSi17Cu4Mg) alüminyum alaşımları olmak üzere 3 farklı alüminyum alaşımı üretim için seçilmiştir. Seçilen alüminyum alaşımları; yüksek basınçlı döküm yöntemi ve yenilikçi yarı-katı döküm yöntemiyle üretilmiştir. Bu çalışmanın amacı 3 farklı alüminyum alaşımının 2 ayrı üretim yöntemiyle ve 2 ayrı ısıl işlem koşuluyla üretimi sağlanarak, aynı koşullarda tekrarlı tribolojik deneyler sonucunda malzemelerin davranışlarını ve performanslarını gözlemlemektir. Bu çalışmanın orijinalliği de; özellikle GISS yöntemi kullanılarak üretilen alüminyum alaşımlarının tribolojik davranışlarının henüz literatürde yer bulmamasıdır.Yapılan çalışmalarda, ısıl işlemin de etkileri incelenmek üzere üretilen malzemeler ikiye ayrılarak, bir kısmına alüminyum alaşımlarında aşınma dirençlerinde iyileştirme sağlamak aynı zamanda ısıl işlemsiz malzemelerle karşılaştırma yapabilmek için T6 ısıl işlemi gerçekleştirilmiştir. T6 ısıl işlem parametreleri 3 ayrı alaşım ve 2 ayrı üretim yöntemi için aynı koşullarda gerçekleştirilmiştir. Son durumda 3 farklı silisyum oranına sahip alüminyum alaşımlarının 2 farklı üretim yöntemiyle üretimi gerçekleştirilmiş, aynı zamanda bir kısmına ısıl işlem yapılarak 12 farklı malzeme elde edilmiştir. Tüm malzemelerin mikroyapıları ve sertlik değişimleri incelenmiştir.Aşınma davranışlarını incelemek için; disk malzemesi olarak alüminyum malzemeler kullanılmış, karşıt malzeme olarak da HT-250 serisi gri dökme demir pim kullanılmıştır. Ortama testler süresince belirli miktarda yağ beslenmiştir. Her bir malzeme için testler en az 2 defa tekrar edilmiştir. Testler 5 N normal yük uygulanarak, 60 dk boyunca, 2000 rpm hızla, 4 mm dönme yarıçapında saat yönünün tersinde gerçekleştirilmiştir. Ortam sıcaklığı 25 °C ve bağıl nem %45 olarak sabit tutulmaya çalışmıştır.Testler sonrasında tüm parçaların yüzeyleri; optik profilometre ve SEM-EDS kullanılarak incelenmiştir. Disk ve pim malzemelerindeki aşınma hacimleri incelenmiş, kayıp hacimler hesaplanmıştır. Tribosistemlerin aşınma davranışları karşılaştırılırken sürtünme katsayıları, aşınma yüzeyleri ve kayıp hacimler kullanılmış; mevcut çalışma koşulları ve deneme üretim şartları gözönüne alınarak malzemelerin aşınma davranışları incelenmiştir. Bu çalışma sonucunda; yarı-katı yöntemle üretilmiş alaşımlarda daha az porozite gözlendiği söylenebilir. Aynı zamanda yarı-katı yöntemle üretilen malzemelerde bir miktar sertlik artışı gözlenmiştir. Isıl işleme girmiş numunelere bakıldığında; ısıl işlem sonrasında yüzey porozite oranlarında artış gözlenmiştir. Yarı-katı yöntemle üretilen 48100 alaşımının dışında, ısıl işlem sonrasında sertlik artışmıştır. Ortalama porozite boyutlarına bakıldığında; yarı-katı yöntemle üretilen malzemelerde daha küçük çaplı poroziteler olduğu gözlenmiştir. Isıl işlem sonrasındaki ortalama porozite boyutlarına bakıldığında; ısıl işlem sonrasında ortalama porozite boyutlarındaki artışın yarı-katı yöntemle üretilen malzemelerde daha fazla olduğu tespit edilmiştir.Yapılan tekrarlı testler sonucunda; sürtünme katsayıları 0,03 ve 0,08 arasında birbirlerine yakın ve kararlıdır. Optik profilometre yapılan yüzey analizleri sonucunda, ısıl işlem görmemiş numunelerde yarı-katı yöntemle üretilen disk malzemelerinde aşınma daha az gözlenmiştir. Isıl işlem görmüş malzemelerde ise; ısıl işlem sonrasında kayıp hacimlerde düşüş gözlenmiştir. HT-250 serisi dökme demir pimlerin aşınmalarına bakıldığında; 48100 ve versiyonlarına karşı çalıştırılmış pimlerin kayıp hacimlerinin daha fazla olduğu belirlenmiştir. T6 ısıl işleminin de pim aşınmalarında artışa neden olduğu hem disk hem de pim malzemelerinin toplam sistem kayıplarına bakıldığında, en çok hacim kaybının 48100 alaşımlarında daha fazla olduğu tespit edilmiştir. Nowadays, aluminum materials can be used at different applications and different field such as medicine, aviation and space industry because of advanced mechanical and physical properties of aluminum alloys. Therefore, development and improvement at the material science and new production methods help the aluminum gets widespreading.Aluminum alloys divided into two different class which are cast aluminum alloys and wrought aluminum alloys that have different properties and behaviours. Wrought aluminum alloys commonly used as structural panels and pipe which lightness is important. Beside, cast aluminum alloys used as machine parts, gear parts and machine blocks which the parts encountering high loads and wear.Cast and wrought aluminum alloys have different alloying elements such as nickel , iron, silicon, magnesium and manganese with different ratio in the composition. Aluminum can clustered to other alloying elements and new hard secondary phases could be formed in the alloy matrix. Hard secondary phases which are located in soft aluminum matrix can formed local high hardness areas and due to the hard secondary phases, aluminum alloys can have higher hardness and resistant to the heavy conditions.Especially, 4xxxx aluminum alloys contain %2 to %20 silicon in composition; which is one of the cast aluminum alloys; have higher mechanical and wear properties due to silicon content. Thus, they are widely used in heavy conditions like, gear parts and machine parts.Today, cast aluminum alloys can be produced by different types of production methods such as high pressure die casting and also semi solid casting. But, high pressure die casting is the most common method, semi-solid casting methods are widespreading today.The main goal of the Semi-solid casting technology is to reduce porosity due to production and to improve quality and mechanical properties of the last product. In these days, energy saving, recycling and effectively resource using are the most and hot topics which are considered by all around the world. Today, usage of aluminum is rising increasingly at home appliances, aeronautics-astronautics and automotive industry where lightness and energy saving is crucial. Because of the superior properties of aluminum and aluminum alloys can be used as an option in different applications such as machine parts which encounter tough conditions.In this study, 46000 (AlSi9Cu3(Fe)), 48000 (AlSi12CuNiMg) and 48100 (AlSi17Cu4Mg) aluminum alloys chosen for the production. These alloys produced separately by 2 different types of method which are high pressure die casting and Gas Induced Semi-Solid(GISS) method. The aim of this study is to characterize tribological behaviours of 3 different aluminum alloys which are produced by 2 different production methods and implemented 2 different heat treatment conditions. Motivation of the study is to investigate tribological behaviour of the aluminum discs which are produced by innovative gas induced semi-solid (GISS) method and to contrast with same aluminum alloys produced by widely using high pressure die casting method.Aluminum discs were produced by high pressure die casting method and gas induced semi-solid (GISS) method. To understand the effect of the T6 heat treatment conditions, some of aluminum discs which were produced by 2 different production methods were applied T6 heat treatment. T6 heat treatment application was realized at the same conditions for 46000, 48000 and 48100 discs.During the study, 12 different aluminum discs were produced. Aluminum discs got proper shape into for tribological tests. All aluminum discs were characterized microstructuraly, mechanicaly and tribologicaly. Microstructural analyzes were performed under optical microscope and SEM-EDS, discs hardness were characterized by using Brinell hardness testing machine and tribological tests were performed under pin-on-disk conditions with hydrodynamic conditions. Therefore, optical profilometry was used for to examine surface topography of the aluminum discs.While tribological tests, 12 different aluminum discs were used as contact material. Counter contact material selected as HT-250 gray iron and got into pin shape for tribological tests. material. Lubricator was injected periodically on the aluminum discs. All tests were repeated 2 times. Test were realized under 5 N normal load, 2000 rpm rotation speed, 4 mm turning radius and counterclockwise rotation direction. Room temperature was 25 °C and relative humidity was 45%.After the tribological testes, all worn disc surfaces and worn pin surfaces were analized by SEM-EDS, optical microscope and optical profilometry to characterize tribological behaviour of aluminum discs. Volume loss of aluminum discs calculated using by optical profilometry photography and volume loss formula by multiplication of average worn surface depth, average worn surface length and circumference of worn surface.Volume loss of HT-250 gray iron pins calculated using optical microscope photography and volumetric loss formula based on ASTM G99-17 – Standart Test Method for Wear Testing with a Pin-on-Disk Apparatus.Coefficient of friction (COF), loss volume of worn surfaces aluminum discs and iron pin were concerned while specifying the chacterization of tribological behaviour of aluminum discs.As a result of this study, aluminum discs which are produced by gas induced semi-solid (GISS) method have lower porosity and higher hardness than other discs that are produced by high pressure die casting method. Porosity ratio of the discs which are T6 heat treated were increased after heat treatment. Hardness of all aluminum discs, apart from 48100, which are produced by GISS method and heat treated were increased. Average porosity diameter of the aluminum discs produced by GISS method, were lower than other discs which produced by high pressure die casting method. Average porosity diameter of aluminum disk which produced by GISS, were more expanded after the T6 heat treament. Finally, coefficient of friction (COF) of all aluminum disks were near and stable between 0,03 and 0,08 value. Aluminum discs which are produced by gas induced semi-solid (GISS) method has lower wear loss on non heat treated conditions while concerned optical profilometry analyzes. Volume loss of all aluminum discs, were dropped after T6 heat tretment.Volume loss of HT-250 gray iron pin materials which tested along with 48100 alloys were higher than iron pins tested along with 46000 and 48000 discs. Volume loss of iron pins that are worned by 46000 and 48000 discs were close each other. T6 heat treatment effect negatively the volume loss of iron pin that countered by aluminum discs, so volume loss of the pins were increased after T6 heat treatment. Total tribosystem volume loss calculated by sum up of aluminum disc volume loss and iron pin volume loss that were tested together. 48100 discs and counter pins were have higher wear loss than 46000 and 48000 tribosystems which have close volume loss each other. 92

Günümüzde hızlı kentleşme ve sanayileşmeye bağlı olarak artan hava kirliliği,temiz enerji arayışını hızlandırmıştır. Bu noktada tekrar şarj edilip defalarca kullanılabilme özelliğine sahip olan ikincil bataryalar enerjiyi taşınabilir ve tekrar kullanılabilir kıldıkları için önem kazanmışlardır. Alternatifleri arasından lityum iyon bataryalar yüksek enerji yoğunlukları, uzun ömürleri, çevreye uyumlu davranışları ve hızlı şarj olabilme özellikleriyle öne çıkmaktadır. Lityum iyon bataryalar, anot, katot, seperatör ve elektrolit bileşenlerinden oluşur ve çalışma prensibi, şarj ve deşarj reaksiyonlarını takiben lityum iyonlarının anot ve katot arasındaki hareketine dayanır. Lityum iyon bataryalarda, anot malzemesi olarak ilk önce lityum (Li) metali kullanılmıştır. Ancak lityum metalinin hava ve su ile temasında yanıcı özellik göstermesi bu metalin kullanımını engellemiştir.Lityum metali yerine kullanılması önerilen ilk ticari anot malzemesi doğada bol bulunan ve oldukça ucuz olan grafittir. Ancak düşük teorik kapasitesi (372 mAh/g) artan yüksek enerji ihtiyacına cevap verememektedir. Bundan dolayı SnO2 anotlar (782 mAh/g) araştırılmıştır. Fakat çevrim testi sırasında yapıya giren Li atomları ile oksijen arasında gerçekleşen reaksiyon sonucu Li2O yapısının yüksek kararlılığı yüzünden reaksiyonların düşük kulombik verimliliğe sebep olmaları, kalayın şarj-deşarj esnasında çok fazla hacimsel değişim göstermesi yüzünden kapasitesinin hızla düşmesi ve SnO2'nin düşük elektrik iletkenliğine bağlı olarak elektrotlarda meydana gelen yüksek polarizasyon nedeniyle yüksek hızlarda elektrodun performansının zayıflaması SnO2 elektrotların kullanımı yaygınlaşamamıştır. Hacimsel değişimleri bastırmak, elektrodun yapısal kararlılığını ve elektrik iletkenliği arttırmak amacıyla 2011 yılında Sony firması tarafından Sn-Co-C kompozit anotlar geliştirilmiştir. Söz konusu sistem, grafit anotlu sistemlerle kıyaslandığında sergilediği yüksek kapasite ile dikkat çekmesine rağmen, artan enerji ihtiyacı karşısısında yetersiz kalmaktadır. Bu nedenle günümüzde halen alternatif anot malzemeleri için arayış devam etmektedir.Öte yandan alternatif anot malzemeleri üzerine çalışma yapan gruplardan bazıları geçiş metal oksitlerin anot malzemesi olarak kullanılabileceğini öne sürmüşlerdir. Bu kapsamda NiO (718 mAh/g), MnO (755 mAh/g), Mn2O3 (1019 mAh/g), CoO (715 mAh/g) ve Co3O4 (890 mAh/g) anotları yüksek kapasitelerinden ötürü incelenmişlerdir. Ancak, düşük elektrik iletkenlikleri ve çevrim testi sırasında sergiledikleri yüksek hacimsel genleşmeler sonucu, büyük miktarda kapasite kayıbı yaşamaları, ticarileşmelerini engellemektedir. Bu problemlerin önüne geçebilmek amacıyla farklı bileşimlerde kompozit metal oksitlerin üretilmesi üzerine çalışmalar yürütülmektedir.Bu amaçla çeşitli üretim yöntemleri kullanılmaktadır. Yanma sentez yöntemi, mikrodalga sentez yöntemi, spray piroliz, soljel ve hidrotermal bu yöntemlerin başlıcalarındandır. Hidrotermal yöntem, ekonomik oluşu, kompozit malzeme üretimine imkân tanıması, homojen ve dar partikül boyut dağılımı sağlaması ile dikkat çekmektedir. Ayrıca çevre dostu oluşu ve seri üretime uygun olması, bu yöntemin tercih sebeplerindendir.Bu tez çalışmasında, MxOy (M: Mn, Ni, Co) toz özellikleri üzerinde hidrotermal proses parametrelerinin etkilerini araştırmak ve lityum iyon bataryalarda anot olarak kullanımını değerlendirmek hedeflenmiştir. Bu amaçla ilk olarak NiCo2O4 tozları hidrotermal yöntemle üretilmiş ve lityum iyon pillerde anot malzemesi olarak kullanımı değerlendirilmiştir. Daha sonra toz bileşiminin, elektrodun elektrokimasal performansı üzerine etkisini analiz etmek için NiMnO3 ve NiMnCoO4 tozları üretilmiştir. Son olarak NiMnCoO4 tozları farklı NH4F miktarı ve kalsinasyon sıcaklığı ile yeniden üretilmiştir. Sonuçlar, hidrotermal proses parametrelerini değiştirerek, yapının yanı sıra, toz morfolojisinin de farklılaştığını ve lityum iyon pillerinde anot olarak kullanıldığında elektrokimyasal performanslarda dikkate değer farkların ortaya çıktığını göstermektedir.Günümüze kadar, karışık metal oksit kompozit yapıların olumlu etkileri farklı bilim adamları tarafından vurgulanmış, ancak bu yapılar çoğunlukla nikel köpük ya da karbon altlık üzerinde sentezlenmiştir. Bu tezde, geleneksel yaklaşımdan farklı olarak NiMnCoO4 tozları hidrotermal yöntemle üretildikten sonra elektrot haline getirmek için lamine edilmiştir. Deneysel çalışmalarda 250 ml hacimde otoklav kullanılmış ve 120˚C de 12 saat süren işlem sonunda toplanan tozlar yıkanmış, 60 ̊C de 12 saat kurutulmuş ve 5˚C/dk ısıtma hızıyla, 350˚C de 3 saat ısıl işleme tabi tutulmuştur. Üretilen tozlar, 8:1:1 oranında karbon karası ve bağlayıcı ile karıştırılmıştır. Elde edilen karışım, laminasyon yöntemiyle bakır folyo üzerine kaplanmıştır. Kaplanan folyolar 75˚C de 24 saat kurutulduktan sonra, hadddelenmiş ve anot olarak kullanımını değerlendirmek için uygun boyutta kesilerek, CR 2032 standartlarında yarı hücre pilleri hazırlanmıştır. Elektrolit olarak 1M LiPF6, EC:DMC (1:1) karışımı, seperatör olarak polipropilen kullanılmıştır.Üretilen her bir toz için XRD analizleri yapılmış ve SEM görüntüleri ve EDS sonuçları incelenmiştir. Elektrot performansının ölçülmesi için CR2032 hücreler Ar atmosferinde koşullandırılmış kutuda oluşturulmuş, C/10 akım hızında, 50 çevrim galvanostatik testleri yapılmıştır. Elektrotların lityum alma mekanizmasını tartışmak için çevrimsel voltametre ve elektrokimyasal empedans spektroskopi uygulanmıştır .Elektrokimyasal test sonuçlarına göre, 1.5 mmol NH4F içeren ve 250 ̊ C de kalsine edilmiş NiMnCoO4 anodun diğerlerinden daha iyi performansa sahip olduğu görülmüştür. NiMnCoO4 yapısındaki kobalt, sistemin kapasitesini artırıp, mangan kararlılık sağlarken ayrıca nikel artan hızlarda elektrokimyasal performansı artırmaktadır. Üçlü metal oksitlerle kıyaslandığında, karışık metal oksitlerin daha yüksek redoks aktivitesine sahip olduğu bilinmektedir, ayrıca NH4F miktarının azaltılmasıyla iğnesel yüzey morfolojisi elde edilmiş, kalsinasyon sıaklığının 350 ̊ C den 250 ̊ C ye düşürülmesiyle bu iğnelerin kalınlaşması engellenmiştir. Bu sayede pil performansında önemli bir gelişme sağlanmış ve 475 mAh/g kapasiteye ulaşılmıştır. Today, due to rapid urbanization and industrialization, air pollution has accelerated searches for clean energy.At this point, secondary batteries, which have the ability to be recharged and used repeatedly, become important because they make the energy portable and reusable. Among the alternatives, lithium ion battery stands out for their high energy density, long life, fast chargeability and environmental friendliness.Lithium ion batteries are made of anode, cathode, separator and electrolyte. Their working principle is based on the movement of lithium ions between anode and cathode upon cycling.In lithium ion batteries, lithium (Li) metal was first used as anode material. However, the fact that lithium metal is flammable in air and water the wide commercialization of this battery was prevented.As a solution, first graphite was proposed to replace Li metal in the cell as it is abundant in nature and quite inexpensive. However, the low theoretical capacity of graphite (372 mAh/g) doesn't meet the increasing need for high energy density. Thus, SnO2 (782 mAh/g) anodes have been investigated. But, due to the high stability of Li2O structure resulted from the reaction of oxygen with lithium, the SnO2 electrodes perform low coulombic efficiency. Plus, the rapid degradation of the electrode due to too high volumetric changes and high polarization due to low electrical conductivity of SnO2 prevent their replacement for graphite. Therefore, Sn-Co-C composite anodes were developed by Sony in 2011 to suppress volumetric changes, increase electrical conductivity and support the structural stability of the electrode. Although the system draws attention with its high capacity compared to that of graphite, its capacity is insufficient for rapidly increasing energy demand and the search for alternative anode materials is still ongoing.On the other hand, some of the groups working on alternative anode materials have suggested that transition metal oxides could be used as anode materials. In this context, NiO (718 mAh/g), MnO (755 mAh/g), Mn2O3 (1019 mAh/g), CoO (890 mAh/g) and Co3O4 (890 mAh/g) anodes were investigated, because of their high capacities. But, low electrical conductivities and high volumetric expansion during cycling tests impede their commercialization. To avoid these problems, studies are being carried out on the production of composite metal oxides in different compositions by nano technology.In this sens, various production methods are used. Combustion synthesis method, microwave synthesis method, spray pyrolysis, sol-gel and hydrothermal methods are the main methods. The hydrothermal method is remarkable with its economical structure, its ability to produce nano-sized composite materials with homogeneous and narrow particle size distribution. In addition, this method is preferred due to it is environmentally friendly behavior and compatibility to mass production.In this thesis, we aim to investigate the hydrothermal process parameters' effects on the MxOy (M: Ni, Mn, Co) powder properties and evaluating their performances when used as anodes for lithium ion batteries. For this purpose first NiCo2O4 powders have been produced by hydrothermal method and their use as an anode material in lithium ion batteries has been evaluated. Then, NiMnO3 and NiMnCoO4 powders have been produced as powders to analyze the composition effect of the powder on the electrochemical performance of the electrode. Finally NiMnCoO4 powders have been produced with different amount of NH4F at different calcination temperatures. The results show that by changing hydrothermal process parameters the powder morphology as well as the structure differentiate, leading remarkable differences in the electrochemical performances when used as anodes in lithium ion batteries.Up to now, positive effects of mixed metal oxide composite structures have been proved by different scientists but these structures mostly have been grown directly on nickel foam or carbon cloth. In this thesis, different then traditional approach NiMnCoO4 powders have been produced by hydrothermal method then laminated to fabricate the electrode.In the experimental work, an autoclave of 250 ml has been used to fabricate powders. Then the powders have been treated at 120°C for 12 hours, washed, dried and calcinated (at a heating rate of 5°C/min) at 350°C for 3 hours. The resulting powders have been mixed with 8: 1: 1 ratio of carbon black and binder. The obtained mixture has been coated on the copper foil by lamination method. The coated foil has been dried at 75°C for 24 hours, then rolled and punched at 1.13 cm2. CR 2032 std coin cell has been assembled and the performance of the negative electrode has been measured versus metalic lithium.For each bench of powders, XRD, SEM and EDS analyses have been done to observe the structure and the morphology of the powders. To measure the electrode performance CR2032 cells have been assembled in Ar filled glove box and galvanostatically tested for 50 cycles with different current rates. To discuss the lithiaton mechanism of the electrodes, cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy have been applied. According to electrochemical test results, it has been found that NiMnCoO4 anode containing 1.5 mmol NH4F and calcinated at 250 ̊ C has better electrochemical performance than the others. Cobalt in the NMCO structure, increases the capacity of battery and manganese in the structure improves the stability of the system also nickel increases the rate performance of the system. It is known that, compared with ternary metal oxides, the mixed metal oxides attract interst due to their higher redox activity, also by reducing the amount of NH4F, a rod-liked surface morphology has been obtained, and the rising of thickness of these rods has been prevented by decreasing the calcination temperature from 350 ̊ C to 250 ̊ C. In this way, a significant improvement in battery performance has been achieved the capacity of 475 mAh/g. 93

Günümüzde otomotiv, uzay – uçak, savunma gibi sektörler incelendiğinde, en çok istenen malzeme özellikleri hafif, yüksek mukavemet, yüksek darbe direnci, yüksek yük taşıma kapasitesi gibi özellikler olduğu görülmektedir. Bu bağlamda, yaygın olarak kullanılan malzemeler incelendiğinde bu özellikleri karşılayan malzeme gurubunun metalik köpükler olduğu görülmektedir. Metalik köpükler %75 ile %90 arasında gözeneklerden oluşan, rijit metal veya alaşımlardır. Gözenekler birbirine bağlantılı bir şekilde bulunuyorsa açık hücreli, gözenekler duvarlar ile birbirlerinden ayrılıyorsa kapalı hücreli köpük olarak adlandırılmaktadır. Mukavemet/ yoğunluk oranının yüksek olmasından dolayı açık hücreli köpükler tercih edilmektedir. Açık hücreli köpükler polimer köpük ile hassas döküm, metal enjeksiyon kalıplama, boşluk tutucular etrafına döküm, toz boşluk tutucu ve polimer emdirme yöntemleri ile üretilmektedir. Prosesin kolay olması, hammaddelerin ucuz olması ve gözenek boyutunun ayarlanabilir olmasından dolayı polimer emdirme yöntemi üzerine çalışmalar yapılmaktadır. Alüminyum ve alaşımları köpürtülebilir metal gurupları arasından düşük yoğunluk, yüksek mukavemet, enerji absorplama kabiliyeti gibi özellikleri ile ön plana çıkmaktadır. Yüksek mukavemet ve hafifliğin ön planda olduğu sektörlerde saf alüminyum yeterli olmadığından çeşitli alüminyum alaşımlarından köpük üretilmesi gerekli hale gelmektedir. Alüminyum alaşımları incelendiğinde 6xxx serisi alaşımların sektörler tarafından talep edilen özellikleri karşıladığı görülmektedir. Isıl işlemler uygulanarak bu alaşımların mukavemet ve sertlikleri arttırılabilmektedir. Köpük üretim işleminde en kritik aşama sinterleme prosesi olmaktadır. Bu proseste model malzeme (polimer sünger) yapıdan uzaklaşması ve alüminyumun sinterlenerek köpüğün mukavemetlenmesi sağlanmaktadır. Geleneksel sinterleme yöntemleri incelendiğinde sinterleme sürelerinin uzun saatler sürdüğü görülmektedir. Sinterleme süresini azaltmak amacıyla indüksiyon sinterleme yöntemi alternatif olarak ortaya çıkmaktadır.Bu çalışmada, polimer emdirme yöntemi ile 6063 alüminyum alaşımından açık hücreli köpük üretimi gerçekleştirilmiştir. İlk olarak belirli boyutlarda kesilen poliüretan süngerler hazırlanan çamur karışımına daldırılmış ve polimerin çamurla kaplanması sağlanmıştır. Üretilen bu süngerler ilk olarak 24 saat oda sıcaklığında kurutulmuş daha sonra 120oC, 6 saat vakumlu fırında bekletilmiştir. Üretilen köpüklere mukavemet kazandırılması için sinterleme işlemleri gerçekleştirilmiş olup önce yapıdan model malzeme giderilmiş daha sonrasında ise sinterleme işlemi gerçekleştirilmiştir. Bu proses indüksiyon sinterleme yöntemi ile gerçekleştirilmiş olup kısa sürede mukavemeti ve sertliği yüksek köpükler elde edilmesi amaçlanmıştır.Deneylerde kullanılan alüminyum tozun SEM ve EDS analizi, partikül boyut dağılımı, XRD analizi, DSC analizi yapılmıştır. XRD analizinde tozun 6063 alüminyum alaşımı olduğu görülmüş olup, SEM görüntülerinden tanelerin yuvarlak şekilli olduğu gözlemlenmiştir. Üretilen köpüklerin XRD, SEM ve EDS analizleri yapılmış, oluşan fazlar ve oksit miktarları incelenmiştir. XRD analizinde ısıl işlemler sonucu oluşan fazlar gözlenmiştir. Sertlik ve basma testleri malzemelerin mekanik özelliklerinin belirlenmesi amacıyla gerçekleştirilmiştir. In the nature many materials are porous forms. Even in human body porous structure material which are bones carries the whole weight of the body. This structure provides materials light weight especially high strength / density ratio. Lately, humankind is realized the importance of this structure and started to use it widely. Compared to dense solid materials porous materials have superior properties, among them most important one is high strength with less material. Nowadays, automotive, aerospace, defense and other sectors demand some material features such as light weight, high strength, high impact resistance and high load carrying capacity. In this context, when the commonly used materials are examined, it is seen that the material group meeting these properties is metallic foams. Metallic foams are stiff metals or alloys which contain porosities between 75% and 90%. If the pores are interconnected, they are called open-celled, and if the pores are separated from each other by walls, they are called closed-cell foam. Closed cell structures form when the gaseous phase is kept inside the pores so a continuous solid phase and a discontinuous gaseous phase form. On the other hand, open cell structure is characterized by a continuously dispersed gas phase into a solid matrix. Open cell foams are mostly preferred due to their high strength/density ratio. These two types of foams are used in different applications due to their physical and mechanical properties. Closed cell foams are mostly used in structural applications such as sport equipments, automotive and aircraft parts, because their strength and load carrying capacities are higher than the open cell foams. Open cell foams are used in filters and heat exchangers because their open cells provides them high surface area. Also, in these applications high strength is not required. Open cell metallic foams are produced by investment casting with polymer foams, casting around space holder, metal injection molding, powder space holder technique and polymer impregnation methods. Studies on polymer impregnation method has been done extensively due to easy process, cheap precursors and adjustable pore size. The strength of these foams is directly related with the pore size that is why adjusting pore size is essential. The strength of the foam is easily arranged by changing the pore size of the polymer model material. When the steps of this process are preparation of the slurry, coating polymer model with the slurry homogeneously, drying and sintering. Even though it is simple, the difficulty of this polymer impregnation method is arranging the rheological properties of the slurry. It is desired to keep the prepared sludge mixture uniformly on the walls of the model material and leave a dense structure behind after sintering. Slurry mixtures containing 50-70% of solids are generally preferred in order to achieve this desired state. In less viscous mixture there are problems in holding the mixture to the model material. If the viscosity is higher than this, it prevents the mixture from penetrating homogeneously to every point of the model material. Coating of the model uniformly is important because studies show that viscosity of the slurry has direct effect on strength. In order to find optimum slurry composition, it is necessary to make a few trials. Aluminum and its alloys stands forward among the foaming metal groups with their low density, high strength, ability to absorb energy. In sectors where high strength and lightweight are preliminary, pure aluminum cannot meet the requirements and it becomes necessary to produce foam from various aluminum alloys. When aluminum alloys are examined, 6xxx series alloys appear to meet the specifications demanded by the sectors. By applying heat treatments, strength and hardness of these alloys can be increased. In the 6xxx series, 6063 alloy is widely used due to easy production process and especially high strength. In order to increase strength and hardnes of this alloy heat treatments applied. This heat treatment involves the stages of solutioning, quenching and aging. During the dissolving process, the alloy is heated to a temperature below the eutectic temperature and is held at this temperature for a period of time sufficient for all the phases to dissolve in the matrix, thereby forming a homogeneous phase. The quenching operation is to rapidly supercool the single phased alloy to become saturated. When the cooling is done fast, there is no phase transformation and the solid solution becomes oversaturated without phase transformation. The aging process is applied to stabilize the oversaturated unstable phase. When this heat treatment is applied to the 6063 aluminum alloy, the alloy elements (Mg and Si) incorporated in the structure become resistant due to precipitation in the aluminum matrix and preventing dislocation movements.The most critical stage in the foam production process is the sintering. In this stage, model material (polymer sponge) is removed from the structure and the aluminum is sintered to provide strength of foam.. After the drying process is performed, it is ensured that the organic materials (dispersant, binder and solvents) and polymeric model material added to the slurry are removed from the system by burning. Depending on the reactivity of the metal powder, the treatment can be carried out in an open atmosphere, in a suitable gaseous atmosphere or under vacuum. The heating rate is a major factor of the removal of the model from the structure. The heating rate must be well controlled and kept low to avoid collapsing during the evaporation of the polymer, residual stress and cracking. After this step, hollow beams are formed and normal sintering is required. The parameters of the sintering process vary depending on the type of metal powder used. Since the bonding of the powders to each other in the polymer impregnation method is achieved only by sintering, the mechanical properties of the material obtained by this method are closely related to the sintering parameters.The sintering furnaces in which conventional sintering processes are performed allow the use of the sintering atmosphere created according to desired characteristics while controlling the temperature and time during the sintering process. However, the long process times and high dust consumption of conventional sintering processes in electric or gas furnaces are disadvantageous for industrial use. In order to prevent this disadvantage, sintering methods with different heating methods such as sintering, plasma sintering, laser sintering and induction sintering have been developed by means of microwaves and process times have been shortened considerably. The technique of sintering metallic powders by induction current, which is a very fast and effective method than these sintering techniques, is a new process and there are not many studies on it yet. In the induction sintering process, unlike conventional methods, it is the principle of heating the material directly without the need for additional heat sources. This principle draws more attention to daylight as a new variable in powder metallurgy research and industry. This interest in the induction sintering process is due to the fact that the sintering process can be carried out at high temperatures, the adjustability of the heating and cooling rates, the process control capability and the high energy efficiency.In this study, open cell foam production from 6063 aluminum alloy was performed by polymer impregnation method. First, the polyurethane sponges cut in certain sizes were immersed in the prepared slurry mixture and the polymer was covered with it. In the slurry production, 6063 aluminum powder, pure water used as solvent, PVA (polyvinyl alcohol) used as a binder with great effect in slurry viscosity, and Dolapix (polycarboxylic acid) used as a dispersant to prevent precipitation and clumping. These sponges were first dried at room temperature for 24 hours and then dried in a vacuum oven at 120 ° C for 6 hours. The sintering process was carried out in order to give strength to the produced foams, first the model material was removed and then the sintering process was performed. This process has been realized by induction sintering method and it is aimed to obtain foam with high strength and hardness in a short time. Produced aluminum foams were heat treated by using the same induction furnace. The aluminum powder used in the experiments SEM and EDS analysis, particle size distribution, XRD, DSC analysis were performed. XRD analysis showed that the powder was 6063 aluminum alloy, and SEM images showed that the particles were rounded. The produced foam XRD, SEM and EDS analyzes performed, the resulting phases and oxide content were examined. Also, optical microscope images were examined to observe phases. In XRD analysis, phases were observed which resulted from heat treatment. Hardness and compression tests were performed to determine the mechanical properties of the materials. 92

Çağımızda değişen yaşam anlayışı ile beraber çevreye duyarlı, yüksek enerji yoğunluğuna sahip, hafif, uzun ömürlü, kısa sürede şarj edilebilen enerji depolama kaynaklarına ihtiyaç artmaktadır. Bu ihtiyacı karşılamak amacıyla tasarlanmış enerji depolama sistemleri içerisinde yeralan bataryalar elektrikli araçlar, sağlık, askeri vb. alanlarda yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Bataryalar elektrik enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürerek, gerektiğinde kimyasal enerjiyi tekrar elektrik enerjisine çevirebilen akım toplarlar olarak adlandırılmaktadır. Tekrar şarj edilebilen ikincil bataryalar son yıllarda pekçok alanda tercih edilmektedirler. İkincil bataryaların başlıcaları gümüş-çinko, nikel-çinko, nikel-hidrojen, nikel kadmiyum, nikel metalhidrid ve lityum iyon pillerdir. Lityum iyon piller uzun ömre, geniş çalışma sıcaklık aralığına, çabuk şarj olabilme kabiliyetine, düşük hafıza etkisine ve yüksek enerji yoğunluğuna sahip olmaları nedeni ile alternatifleri arasından sıyrılmaktadırlar. Lityum iyon piller; anot, katot, seperatör ve elektrolit olmak üzere temel olarak 4 ana bileşenden oluşmaktadır. Araştırma, geliştirme faaliyetleri pil kapasitesine doğrudan etki eden bileşenler olarak değerlendirilebilecek anotlar ve katotlar üzerine yoğunlaşmıştır. Lityum iyon pillerde ilk anot malzemesi olarak lityum metali kullanılmıştır. Ancak lityum metalinin hava ve su ile teması durumunda yanıcı özelliğe sahip olması, bu metalin anot olarak kullanımını kısıtlamıştır.İlk ticari anot olarak doğada bol ve ucuz olan grafit kullanılmıştır. Teknolojinin ilerlemesi ile beraber 372 mAsa/g teorik deşarj kapasitesine sahip grafitin depolama kapasitesi yetersiz kalmıştır. Buna bağlamda; Li+ ile alaşım oluşturabilen ve teorik kapasitesi grafitten yüksek, yeni metalik bazlı (LixM) anot malzeme arayışına girilmiştir.Yeni nesil anot malzemelerinin başlıcaları kalay (Sn), alüminyum (Al), antimon (Sb), silisyum (Si), magnezyum (Mg) olarak söylenebilmektedir. Bu malzemeler arasından Sn; 993 mAsa/g değerinde yüksek teorik deşarj kapasitesine sahip olması, doğada bol bulunuyor olması, yüksek Li+ taşımakapasitesi ( birim Sn atomu başına 4.4 Li+ ) nedeniyle ön plana çıkmaktadır. Sn esaslı anotlar, sahip oldukları bu avantajlarının yanı sıra lityum iyon pil uygulamalarında çeşitli dezavantajlara da sahiptirler. Buna göre; Sn esaslı anotların 1.deşarjından sonra yapıya giren lityum iyonları nedeni ile %260 mertebelerinde hacim değişimi yaşanmakta ve bu ise Sn elektrodun altlıktan soyulmasına ve kalkmasına neden olmaktadır. Öte yandan Sn'ın 9,17×106 Sm-1mertebesinde sahip olduğu düşük elektrik iletkenliği (C elektrik iletkenliği: 1,00×108Sm-1) lityumla alaşımlama reaksiyonları sırasında elektron alış verişininetkin bir şekilde gerçekleşmesi için yeterli olamamakta ve buna bağlı olarak düşük kapasite eldesine neden olmaktadır. Ayrıca Sn'ın düşük Li+ difüzyon katsayısına (10-16-10-13cm2s-1) sahip olması nedeni ile lityumun yapıya giriş çıkışı yavaş olmaktadır.Bu durum ise pilden yeterli verimin alınamayarak Kulombikverimliliğin düşmesine neden olmaktadır. Son olarak oda sıcaklığında Sn esaslı malzemelerin tane sınır difüzyonu hacimsel difüzyonundan daha yüksek olduğu için, tane sınırlarında gereğinden fazla büyüyen Sn partikülleri sütunsal yapıları (whisker) oluşturmaktadır. Oluşan bu yapılar elektron geçişleri için engel teşkil ederek reaksiyon verimini azaltmaktadır. Sn esaslı anot malzemelerinde yaşanan bu problemleri çözmek adına çeşitli yaklaşımlar benimsenmiştir. Bu yaklaşımlar temel olarak kompozisyonel ve morfolojik olarak iki ana başlık altında toplanmaktadır. Kompozisyonel yaklaşımlarda temel olarak yapı içerisine bir başka metal ilavesi yapılarak, elektrodun elektrik iletkenliğinin arttırılması amaçlanmıştır. Aynı zamanda yapılan bu metal ilavesi ile yapı içerisinde intermetalik fazlar oluşturularak, bu fazların Sn'ın hacimsel genleşme problemi karşısında tamponlama etkisi yapması beklenmiştir. Bu amaçla yapıya ilave edilen metallerin başında Ni, Cu, Ag, Co ve Fe gelmektedir. Bir diğer çözüm yöntemi olan morfoloji üzerine yapılan iyileştirmelerde ise; elektrot malzemesinin tane boyutu küçültülmekte veya porlu yapı eldesi yapılmaktadır. Bu iki morfolojik yaklaşımın amacı; yapı içerisinde daha fazla boşluklu alan meydana getirerek hacisel genleşmeler için yeterli alanı sağlamak ve Li+ giriş çıkışlarının daha rahat olabilmesine yardımcı olmaktır. Bu çalışmada, tek katmanlı Sn filmi üretilip, ardından Sn esaslı anot malzemelerinde yaşanan problemleri çözmek adına M/Sn/M, M/MSn/M ve porlu yapıda M/MSn/M çok katmanlı filmler üretilecektir (M: Cu, Ni). Sn bazlı anot yapısında Cu ve Ni'nin kullanılmasının sebebi, lityuma karşı inaktif davranış sergilemeleri ve yüksek elektrik iletkenliğine sahip olmalarıdır. Üç katmanlı M/Sn/M anot yapısında; alt katman yapısı ile Sn'ın altlığa daha çok yapışması ve elektrodun elektrik iletkenliğinin arttırılması amaçlanmıştır. Üst katman ile çevrim sırasında oluşan hacimsel genleşmelere karşı mekanik toleransın sağlanması hedeflenmiştir. M/MSn/M yapısında orta katmanda metal ilavesi ile Sn'ın elektrik iletkenliği arttırılarak yapıda gerçekleşen reaksiyonların daha verimli gerçekleşmesi amaçlanmıştır. Porlu yapıda M/MSn/M yapısı ile yapıda yeterli boş alanın sağlanması ile çevrim sırasında oluşan hacimsel genleşmenin zararlı etkilerinin önüne geçilmek istenmiştir.Numuneler elektrokimyasal kaplama yöntemi ile üretilmiştir. Elektrokimyasal kaplama yöntemi düşük sıcaklıklarda bile hızlı üretimin gerçekleştirilebilmesi, üretimin ucuz olması ve kolay uygulanabilir olması nedeni ile seçilmiştir. Porlu yapıda anot üretimi için kimyasal aşındırma tekniği kullanılmıştır. Ayrıca ısıl işlemin elektrokimyasal performans üzerine etkisini gözlemlemek amacı ile; CuSn ve NiSn bazlı numuneler sırasıyla 200ºC' de ve 215ºC'de 24 saat bekletilmiştir.Üretilen numunelerin test öncesi ve test sonrası yüzey görüntüleri, XRD analizleri, 50 çevrim kapasite-çevrim eğrileri, 3 çevrim çevrimsel voltametreleri ve Nyquist eğrileri alınmıştır. Sonuçlar incelendiğinde; tek katmanlı Sn filmi 2.çevrim sonrasında 40mAsa/g kapasite değerlerine ani bir düşüş gerçekleştirerek bozulduğu gözlenmiştir. Öte yandan CuSnbazlı anotlarda 50 çevrim sonunda en iyi elektrokimyasal performans 395mAsa/g deşarj kapasitesi ileısıl işlem uygulanmış porlu yapıda Cu/CuSn/Cu filminden sağlanmıştır. NiSn bazlı anot filmlerinde ise en iyi elektrokimyasal performans 445 mAsa/g deşarj kapasitesi ile ısıl işlem uygulanmış porlu yapıda Ni/NiSn/Ni filmi ile elde edilmiştir. Çok katmanlı yapıile hacimsel genleşmenin bastırıldığı,Sn bazlı filmlerin altlığa yapışma kabiliyetinin ve elektrik iletkenliğinin arttığı; boşluklu yapı ile hacimsel genleşmenin zararlı etkilerinin giderildiği; ısıl işlem ile yapıda oluşan intermetaliklerin hacimsel genleşmeye karşı tamponlama etkisi yaptığı görülmüştür.Buna bağlı olarak çok katmanlı porlu yapı ve ısıl işlemin kapasite korunumu ve yüksek kapasite eldesinde iyileştirme sağladığı saptanmıştır. In today, there is a need for environmentally sensitive energy storage with a high energy density, lightweight, long life and short-term rechareability. With these features in today's standarts, batteries have started to be widely used in electric vehicles, health, military areas. Batteries are called current collectors, which convert electrical energy into chemical energy and, if necessasy, convert chemical energy back to electrical energy. Secondary batteries are often prefered in recent years due to their ability to be recharged. These batteries are mainly silver-zinc, nickel-zinc, nickel-hydrogen, nickel-cadmium, nickel-metal hydride and lithium ion batteries. Lithium ion batteries are distinguished among the alternatives by their long life, their wide operating temperature range, their ability to charge quickly, their low memory effect and their high energy density.Lithium ion batteries contains anode, cathode, seperator and electrolyte. However, since an anode and cathode primarily effect battery capacity, studies have focused on anode and cathode.Lithium metal is used as the first anode material in lithium ion batteries. However, the fact that lithium metal has a flammable property in the case of air and water contact limits the use of this metal as an anode.Graphite is first commercial anode because it is abundant and cheaper in natüre. With the progress of the technology, the storage capacity of graphite with a theoretical discharge capacity of 372 mAh/g is insufficient.In this contex; scientists search a new metal-based (LixM) anode material, which is capable of forming an alloy with Li+ and has a theoretical capacity higher than graphite.The main anode materials of new generation can be said as Sn, Al, Sb, Si, Mg. Among these materials, Sn is predominant among others due to its high discharge capacity. (4.4Li+ per unit Sn atom).However; Sn-based anodes have various disadvantages lithium ion battery applications as well as these advantages. According to this; due to the lithium ions entering the structure after the 1 st discharge of the Sn-based anodes, the volüme change of 260% occurs in structure. Accordingly, the tin electrode peels and removes from substrate. On the other hand, electron exchange can not be take place efficiently during the alloying reactions due to low electrical conductivity of Sn (9.17 × 106 Sm-1), resulting in low capacity( electrical conductivity of C=1,00×108 Sm-1). Furthermore, due to the fact that Sn has a low Li+ diffusion coefficient (10-16-10-13cm2s-1), the input and output of lithium to the structure is slow. This leads to a decrease in the Culombic efficiency. Finally, since the grain boundary diffusion of Sn-based materials at room temperature is higher than the volumetric diffusion, the excess Sn particles in the grain boundaries form a whisker. These formations constitute an obstacle for electron transitions and reduce reaction efficiency.Various approaches have been adopted to solve these problems in Sn based anode materials. These approachs are mainly composed of two main headings: compositional and morphologically.In compositional approaches, it is mainly aimed at increasing the electrical conductivity of the electrode by adding another metal into the structure. At the same time, this metal addition is expect to form intermetallic phases in the structure, and these phases are expected to cause buffering effect in the face of volumetric expansion problem of Sn. For this purpose; Ni, Cu, Ag, Co and Fe are at the beginning of the metals added to the structure. In the other improvements made on morphology; the grain size of electrode material is reduced or the porous structure is made in the structure. The purpose of these morphological approaches is; to provide more void space for volume expansion in the struture and to make Li+ input output more confortable.In this study; Sn, M/Sn/M and porous M/MSn/M multilayered films will be produced in order to solve problem experienced in Sn-based anode materials (M: Cu, Ni). The reason for using Cu and Ni in the Sn-based anode structure is that they have inactive behavior exhibits against lithium and high electrical conductivity. In three layer M/Sn/M anode structure; it is aimed to increase adhesion of Sn to the substrate and increases electrical conductivity of the electrode with the bottom layer. It is intended to provide mechanical tolerance against volumetric expansion during cycling with the upper layer. In the M/MSn/M structure, it is aimed to increase the electrical conductivity of Sn by metal addition in the middle layer and to make reaction more efficient. It is desired to avoid the harmful effects of volumetric expansion during the cycle by providing sufficient free space in the structure with porous M/MSn/M structure.The samples were produced by electrochemical coating method. The electrochemical coating method has been chosen because it supllies rapid production even at low temperatures, production is cheap and easy to apply. Chemical dealloying technique is used for porous anode production. In addition, with the aim of observing the effect of heat treatment on electrochemical performance; heat treatments were applied to CuSn and NiSn based specimens at 200ºC and 215ºC for 24 hours, respectively.The pre-test and post-test surface SEM images, XRD analyzes, 50 cycle capacity-cycle curves, 3 cycle cyclic voltameters and Nyquist curves of the samples were taken.At the conclusion of the results; the single-layer Sn film failed after the 2cycle with a sudden drop to 40 mAsa /g capacity values. On the other hand, the best electrochemical performance in CuSn based anodes was obtained from the porous-annealed Cu/CuSn/Cu film with a discharge capacity of 395mAh/g after 50 cycles. For NiSn based anode films, the best electrochemical performance was obtained with the porous-annealed Ni/NiSn/Ni film with discharge capacity of 445 mAsa/g after 50 cycles.As a result; the multi-layer structure suppresses the volumetric expansion, enhances the ability of the Sn-based films to adhere to the substrate and the electrical conductivity. The deleterious effects of the volumetric expansion are eliminated with the porous structure. Intermetallics formed by heat treatment in the structure have a buffering effect against the volumetric expansion. Accordingly, it has been found that the multi-layered porous structure and heat treatment provide capacity maintenance and improvement at capacity. 117

Günümüzde teknolojinin gelişmesi sebebiyle yüksek enerji yoğunluklu yeniden şarj edilebilir bataryalara ihtiyaç vardır. Bu ihtiyaca karşılık verebilen bataryalar ise lityum iyon bataryalardır. Lityum iyon bataryalar ikincil bataryalar grubundandır bir başka deyişle yeniden şarj edilebilirler. İkincil bataryaların gravimetrik ve volumetrik enerji yoğunlukları karşılaştırıldığında, hem volumetrik hem de gravimetrik enerji yoğunluğu en yüksek olan bataryaların lityum iyon bataryalar olduğu bilinmektedir. Bunun yanında lityum iyon bataryalar diğer ikincil bataryalardan farklı olarak hafıza etkisi göstermezler. Yani tam boşalmadan tekrar şarj edildiklerinde belirgin bir kapasite kaybı olmaz. Kullanılmadıklarında ise kapasite kaybı çok az ve yavaştır. Aynı zamanda da bakım gerektirmezler ve doğaya zarar vermezler. Öte yandan, lityum iyon bataryalar aşırı şarj (overcharge) durumunda kapasite kaybetmektedir ve yüksek sıcaklıklarda bozunmaya uğramaktadır.Lityum iyon bataryalar günümüzde neredeyse bütün dünyanın kullandığı akıllı cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar, elektronik tabletler gibi tüketici elektroniklerinde, elektrikli araçlarda, telekomünikasyon cihazlarında, medikal, askeri uygulamalarda ve güneş panellerinden ve rüzgar türbinlerinden elde edilen enerjilerin yani yenilenebilir enerji kaynaklarından elde edilen enerjinin depolanmasında kullanılmaktadır.Lityum iyon bataryaların ana bileşenleri anot, katot, separatör ve elektrolittir. Anot negatif elektrot, katot pozitif elektrot, separatör elektrotlar arası levha olarak ve elektrolit ise iyon transferini sağlamak için elektrotların arasında kullanılır. Lityum iyon bataryaların çalışma prensibi genel olarak hücre içerisinde lityum iyonlarının hareketine dayanır. Lityum iyonları şarj esnasında katottan anota hareket ederken, deşarj esnasında anottan katota hareket eder. Elektronlar ise lityum iyonlarının hücre içerisinde gittiği yöne doğru dış devreden gider ve elektron yönünün tersine akım oluşturur. En bilinen anot malzemeleri karbon, kalay ve silisyum esaslı iken, katot malzemeleri katmanlı LiCoO2, spinel LiMn2O4, olivin LiFePO4, katmanlı LiNi0,8Co0,15Al0,05O2(NCA) ve katmanlı LiNiCoMnO2 (NCM)'dir. Bu katot malzemeleri arasında ise günümüzde yüksek enerji yoğunluğuna sahip olmaları sebebiyle NCA ve NCM katot malzemeleri öne çıkmaktadır. Bu özelliklerinden dolayı NCA ve NCM katot malzemelerinin elektrikli araçlarda kullanılması üzerinde çalışmalar yapılmaktadır. NCM katot malzemelerinin Li2MnO3 fazı ile birlikte oluşturduğu katmanlı lityumca zengin NCM katot malzemesi de yüksek ilk deşarj kapasitesi(220-300 mAh/g), yüksek voltajlarda(2V-4,8V) çalışabilmesi ve NCA-NCM katot malzemelerinden de yüksek enerji yoğunluğuna sahip olması sebebiyle son zamanlarda popüler olan katot malzemelerinden biridir. Lityumca zengin NCM katot malzemesinin olumlu özelliklerinin yanı sıra artan çevrim sayısıyla hızlı kapasite düşüşleri yaşaması gibi önemli bir sorunu vardır. Bu sorunun sebepleri, katmanlı yapının spinel yapıya dönüşmesi, ilk şarj esnasında yüksek voltajda gerçekleşen reaksiyonlar sonucunda oluşan Li2O'nun katot yapısından geri dönüşümsüz olarak elektrolite geçerek hem Li kaybına hem de elektrolitin oksitlenmesine neden olması, elektrolitte gerçekleşen reaksiyonlar sonucu HF asidinin katota hücum ederek geçiş metallerini katottan uzaklaştırması olarak sıralanmaktadır. Bu sebeplerin ortaya çıkmasını engellemek ve kapasite kayıplarını azaltmak amacıyla metal oksit yüzey modifikasyonları yapılmaktadır. Daha önce uygulanan yüzey modifikasyonları arasında umut vaat eden yüzey modifikasyonu malzemelerinden biri ise Al2O3'tür. Yapılan araştırmalarda Al2O3 yüzey modifikasyonlarının diğer metal oksit yüzey modifikasyonlarına göre hem yüksek kapasite korunumu ve hem de yüksek ilk şarj-deşarj kapasiteleri alınmasını sağladığı anlaşılmıştır.Bu çalışma kapsamında, öncelikle lityum iyon bataryaların elektrokimyasal özelliklerinin geliştirilmesi amacıyla lityumca zengin NCM (Li1,2Ni0,2Co0,08Mn0,52O2) katot malzemesinin sol-jel yöntemi ile üretilmiştir. Daha sonra lityumca zengin NCM tozuna sol-jel yöntemiyle ağırlıkça %0,5 Al2O3 yüzey modifikasyonu uygulanarak morfolojik, yapısal ve elektrokimyasal özellikleri incelenmiştir. Çalışmada, öncelikle NCM katot malzemesini lityumca zengin üreterek yapısal stabiliteyi artırması ve daha geniş voltaj aralığında çalışabilmesini sağlayarak enerji yoğunluğunun artırılması amaçlanmaktadır. Bu amaç doğrultusunda lityumca zengin NCM(Li1.2Ni0,2Co0.08Mn0,52O2) tozu diğer hidrotermal ve elektrokimyasal yöntemlerle karşılaştırıldığında düşük maliyeti, mikron altı toz üretilebilmesi ve toksik olmaması sebebiyle sol-jel metoduyla 850°C ısıl işlem sıcaklığında üretilmiştir. Üretilen toza XRD, SEM ve EDS analizleri uygulanmıştır. Ayrıca lityumca zengin NCM tozuna sol-jel metoduyla ağırlıkça %0,5 Al2O3 yüzey modifikasyonu uygulanmıştır. Uygulanan Al2O3 yüzey modifikasyonunun ağırlıkça %0,5 oranında olmasının amacı aktif malzeme oranını yüksek tutarak hem yüksek kapasite korunumu hem de yüksek kapasite elde etmektir. Üretilen yüzey modifikasyonsuz ve Al2O3 yüzey modifikasyonlu tozlar, kaplama çamuru hazırlanarak laminasyon metoduyla aluminyum folyo altlık üzerine kaplanmıştır. Daha sonra bu kaplanmış alüminyum folyolar düğme pil haline getirilerek galvanostatik teste, hız testine, çevrimsel voltametri ve empedans testlerine tabi tutulmuştur. Ayrıca galvanostatik test sonucu 50 çevrim yapan numunelere SEM analizi uygulanmıştır.XRD sonucunda toz içerisinde bulunması gereken LiMO2 (M=Ni, Mn, Co) ve Li2MnO3 fazları gözlemlenmiştir. Özellikle Li2MnO3 süperkafes piklerinin (C/2m) olması Li2MnO3 fazının oluştuğunu göstermektedir. Öte yandan I(003)/I(104) oranının 1,2'den küçük olması sonucu katyon karışımının yüksek olduğu bunun da kapasite kayıplarına yol açacağı bilinmektedir. Yapılan SEM analizlerinde ise partiküllerin 50-200 nm arasında değiştiği, partikül şekillerinin ise düzensiz ve küresele yakın şekilde olduğu gözlemlenmiştir. Yüzey modifikasyonsuz numune ile yüzey modifikasyonlu numunenin SEM görüntüleri arasında düşük yüzdede yüzey modifikasyonu yapıldığı için pek bir fark gözlenmemiştir. EDS analizi sonucunda ise elementlerin yüzdelerinin, stokiyometrik olarak hesaplanmış yüzdelere çok yakın yüzdelerde oldukları anlaşılmıştır. Ağırlıkça %0,5 Al2O3 yüzey modifikasyonu yapıldığı EDS sonuçları ile doğrulanmış, elementlerin dağılımlar EDS haritalama ile incelenmiştir.Galvanostatik test 2 V- 8 V arasında 0,1C hızında yapılmıştır. Şarj-deşarj kapasitesi ve çevrim değişimi ile 1., 5., 25., 50. çevrimdeki voltaj-kapasite eğrileri çizdirilmiştir. İlk şarjdaki voltaj-kapasite eğrisine bakıldığında nikel yükseltgenmesinin gerçekleştiği 3,8 V ve kobalt yükseltgenmesinin gerçekleştiği 4,4 V'da olması gereken platolar gözlemlenmiştir. Ayrıca Li2MnO3'ün 4,4 V'da aktive olmasıyla hızlı bir kapasite artışı görülmüştür. Yüzey modifikasyonsuz ve yüzey modifikasyonlu numunelerin ilk şarj kapasiteleri sırasıyla 341,1 mAsa/g ve 323,3 mAsa/g olarak bulunmuş ikinci çevrimde ise iki numunede de kapasite kayıpları görülmüş, yüzey modifikasyonsuz numunede bu kayıp çok daha fazla olmuştur. Bunun sebebi ise yüksek voltajda oksijen salınımı sonucu elektrolitin oksitlenmesini ve geri dönüşümsüz olarak lityum kaybedilmesini Al2O3 yüzey modifikasyonunun belirli bir miktarda engellemesidir. Yüzey modifikasyonsuz numune ile yüzey modifikasyonlu numunelerin deşarj kapasiteleri sırasıyla 228,7 mAsa/g ve 235,2 mAsa/g olarak bulunmuş, 50 çevrim sonundaki deşarj kapasite korunumları ise %68,9 ve %87,9 olmuştur. Bu sonuçlara göre ağırlıkça %0,5 Al2O3 yüzey modifikasyonunun hem az önce bahsedilen sorunları hem de HF atakları sonucu metal iyonu kaybını azalttığı anlaşılmıştır. Çevrimsel voltametri analizinde ise anodik ve katodik pikler uygun voltajlarda oluşmuş, empedans analizinde yüzey modifikasyonu yapılan numunenin iç direnci diğer numuneye göre daha düşük çıkmıştır. Bunun sebebi ise yüzey modifikasyonsuz numunenin yüzeyinde SEI tabakasının daha fazla oluşmasıdır. 0,1C, 0,2C, 0,5C, 1C, 2C ve tekrar 0,1C hızlarında yapılan hız testinde artan C hızlarına karşı yüzey modifikasyonlu numunenin daha dayanıklı olduğu ve bu sonuçların empedans analizi ile uyuştuğu gözlemlenmiştir. Ayrıca 50 çevrim sonunda her iki numuneye SEM analizi uygulanmış, yüzey modifikasyonsuz numune yüzeyinde çatlaklar görülürken yüzey modifikasyonlu numunede çatlak gözlenmemiştir. Bu sonuçtan hareketle Al2O3 yüzey modifikasyonunun, katot yüzeyinin yapısını daha stabil hale getirdiği düşünülmektedir.Yapılan çalışmalar sonucunda lityumca zengin NCM katot malzemesine ağırlıkça %0,5 Al2O3 yüzey modifikasyonu uygulanmış ve yüzey modifikasyonsuz numuneye göre daha üstün sonuçlar alınmıştır. Bu da göstermektedir ki, düşük ağırlıkça yüzdede yapılan Al2O3 yüzey modifikasyonları da elektrokimyasal performansın geliştirilmesi açısından başarılı sonuçlar alabilmektedir. Humanity need renewable energy resources because of limited conventional energy sources and need to store energy which is generated by clean energy resources. Moreover, high energy density systems are gained importance with developing technology. The main objective of high energy density systems is giving high performance. In recent years, people need not only high performance but also lower weight and smaller size as far as possible. These needs create opportunities to develop rechargable lithium ion battery technology. There are numerous studies which are aimed to produce lithium ion batteries with higher electrochemical performance and better physical properties.Lithium ion batteries are secondary batteries and that group of batteries are rechargable. Also, lithium ion batteries have high gravimetric and volumetric energy density which gives properties like high energy density with low volume and low weight. The other advantages of lithium ion batteries are; no memory effect, no need to maintenance, low self-discharge rate, high coulombic efficiency, low toxicity. On the other hand, lithium ion batteries have disadvantages like poor cycle life, safety risks if overcharged.Li-ion batteries provide lightweight, high energy density power sources for a variety of devices such as smart phones, electronic tablets, laptops, digital cameras and camcorders. Furthermore, lithium ion batteries are using in electronic vehicles. In next decade more lithium ion batteries can be seen at bicycles, cars and aircrafts. Also, lithium ion batteries have other usage areas like telecomunication, military, medical applications and storing energy which are generated from renewable sources.Lithium ion batteries components can be classified in 4 main categories; these are anode (negative electrode), cathode (positive electrode), separator and electrolyte. During charging, Li+ move from cathode to anode and electrons move from the outer circuit at same direction with Li+, current moves to opposite direction with electrons at the outer circuit. During discharge ions and electrons move vice versa. Generally, carbon, silicon and tin based materials are using as anode material, layered LiCoO2, spinel LiMn2O4, olivine LiFePO4, layered LiNi0,8Co0,15Al0,05O2 (NCA) and LiNiCoMnO2 (NCM) are using as cathode materials. Nowadays, LiNi0,8Co0,15Al0,05O2 (NCA) and LiNiCoMnO2 (NCM) high energy density cathode materials are very popular because these materials can be used in electicle vehicles. Also, lithium rich NCM cathode materials are new alternative cathode materials because of its high discharge capacity (220-300 mAh/g) and high working voltage range (2-4.8V). Lithium rich NCM cathode materials have two phases such as LiMO2 (M=Ni, Co, Mn) and Li2MnO3. Due to Li2MnO3 phase, lithium rich NCM cathode materials give higher capacity over 4.4 V. Therefore, lithium rich NCM cathode materials give higher energy densities than NCM and NCA cathode materials. On the other hand, lithium rich NCM cathode materials face some challenges; first, electrolyte oxidation at cathode-electrolyte interface and irreversible Li loss caused by Li2O release from Li2MnO3 to electrolyte at high voltages in first charge. Second, transition metal decomposition/dissolution from active material as a result of HF attacks to cathode. Third, transformation of the structure from layered to spinel. All of them cause capacity fade and that problem has to be solved to commercialize Li-rich NCM cathode materials. Metal oxide surface modifications are used to overcome these challenges and Al2O3 is the one of the most promising surface modification material in literature.In the scope of this thesis, lithium rich NCM (Li1,2Ni0,2Co0,08Mn0,52O2) powder is produced via sol-gel method at 850°C heat treatment temperature. Afterwards 0.5 wt.% Al2O3 surface modification is applied via sol-gel method to improve electrochemical performance by preventing the challenges of Li-rich NCM cathode materials. Getting lower capacity fade than the pristine sample with a low wt% surface modification is the purpose of applying 0.5 wt.% Al2O3 surface modification. Due to low wt% surface modification, high initial charge and discharge capacities can be achieved by increasing the active material ratio. Sol-gel method is used for producing both powders because sol-gel method offers sub-micron particle size, has relatively low cost and low toxicity.Powders produced are characterized with XRD, SEM and EDS analyses. After these characterization methods, powders are coated on the aluminium foil with lamination method. After battery assembly, half cell batteries are tested with electrochemical test methods. Galvanostatic test, C-rate test, cyclic voltammetry and impedence analyses are applied to both samples. Also, SEM analyses applied to both samples after 50 cycles at galvanostatic test. XRD and SEM characterization methods are used to understand the effect of phases and surface morphology to electrochemical performances. In XRD result, all necessary peaks are observed for LiMO2 (M=Ni, Mn, Co) and Li2MnO3 phases. Especially, existence of superlattice peaks (C/2m) shows that Li2MnO3 phase is occured. Li2MnO3 phase is activated above 4.4 V and provide higher capacity. On the other hand, I(003)/I(104) ratio is lower than 1.2. This result shows that the powder has high cation mixing and this can cause capacity fading. In SEM images, powder particle size vary between 50 - 200 nm and particles are sphere-like shaped. There is no difference observed on SEM images between Al2O3 surface modification applied sample and pristine sample. Also, EDS analysis is applied to samples to understand elemental ratios and all elements are existed nearly same with stoichiometric ratios. EDS analysis results are proved that Al2O3 surface modification applied as 0.5 wt.%. Electrochemical tests are applied to understand electrochemical performance of produced lithium rich NCM cathode material and effects of 0.5 wt.% Al2O3 surface modification. Galvanostatic test is applied between 2-4.8 V and 0.1C rate (25 mA/g). The oxidation of nickel is seen in 1st charge at 3.8 V and at 4.4 V cobalt oxidation is occurred. At 4.4 V, Li2MnO3 phase is activated. After that, charge capacities of pristine and Al2O3 surface modification applied samples are increased rapidly to 341.1 mAh/g and 323.3 mAh/g, respectively. In the second charge, both charge capacities are decreased but charge capacity of pristine sample decreased more than the surface modified sample. Main cause of that issue is Li2O release from Li2MnO3 to electrolyte after Li2MnO3 activation at high voltages in first charge and that problem is suppressed with Al2O3 surface modification. Initial discharge capacities of pristine and modified samples are found as 228.7 mAh/g and 235.2 mAh/g, respectively. Discharge capacity retentions are calculated as %68.9 ve %87.9 after 50 cycle. According to galvanostatic test results, capacity fade is decreased with 0.5 wt.% Al2O3 surface modification. Cyclic voltammetry test is applied between 2-4.8 V, anodic and cathodic peaks are occured at proper voltages. In impedence test, Al2O3 surface modification applied sample has lower charge-transfer resistance than the pristine sample. That result shows that, Al2O3 coating layer could act as a protective barrier which prevents the reactions between the cathode and electrolyte. Also, it could increase the structural stability of the cathode. C-rate test is applied at 0.1C, 0.2C, 0.5C, 1C, 2C and again 0.1C rates. Modified sample has higher resistance than pristine sample to increasing C-rates. That test result matched with impedence test results. After 50 cycle, SEM results show crack in the pristine sample but no crack is observed at the modified one. It can be said that, structural stability on the surface could be improved by Al2O3 surface modification.In conclusion, 0.5 wt.% Al2O3 surface modification has shown an improvement in lithium rich NCM cathode material as far as electrochemical performance is concerned. Al2O3 surface modification suppresses capacity fade and enhancement in capacity retention can be accomplished via low wt.% Al2O3 surface modification. 99

Bu çalışmanın amacı, araştırmaya katılan ortaokul 6. sınıf öğrencilerinin `Dünyamız, Ay ve Yaşam Kaynağımız Güneş` ünitesi kapsamında gerçekleştirilen etkinlikler öncesinde ve sonrasında zihinlerinde Astronomi kavramlarını nasıl betimlediklerini ve bilişsel gösterimlerini ortaya çıkarmak; odak grup görüşmesi sonucunda, Astronomi kavramlarına yönelik görüşlerini almaktır. Araştırmada amaçlı örneklem yöntemlerinden ölçüt örnekleme tercih edilmiştir. Araştırmanın çalışma grubunu, 2015-2016 eğitim öğretim yılında, Konya ili Çumra ilçesinde yer alan bir taşıma merkezi ortaokuldaki 6. sınıf öğrencileri oluşturmaktadır. Çalışmaya 19'u kız ve 12'si erkek olmak üzere 31 kişi katılmıştır. Bu çalışmada, nitel araştırma yöntemlerinden fenomenoloji kullanılmıştır. Öğrencilerin algılarını belirlemek için veri toplama aracı olarak çizim tekniği ve odak grup görüşmesi kullanılmıştır. Astronomi ile ilgili on iki kavramı içeren veri toplama aracı geliştirilmiştir. Veri toplama aracı, Ortaokul 6. Sınıf Fen Bilimleri 3-8. Sınıf Öğretim Programı `Dünyamız, Ay ve Yaşam Kaynağımız Güneş` ünitesi işlenmeden önce ve sonra uygulanmıştır. Çalışmaya katılan bütün öğrencilerden `Dünya, Güneş, Ay, yıldız, gezegen, astronot, uzay, evren, Astronomi, astroloji (sahte bilim)` kavramları ile ilgili düşüncelerini yansıtan bir resim çizmeleri istenmiştir. Resimlerin altına ise, çizimlerinde anlatmak istediklerini ifade etmeleri beklenmiştir. Ünite işlendikten yaklaşık 4 ay sonra, öğrenciler arasından rastgele seçilen 10 kişi ile odak grup görüşmesi yapılmıştır. Verilerin analizinde fenomenolojik çalışma için kodlama şablonu ve içerik analizi kullanılmıştır. Öğrencilerden çizim yöntemiyle ve odak grup görüşmesi ile alınan veriler çözümlenirken ortak kodlar ile sınıflandırılmıştır ve öğrenci ifadelerinden örneklerle birlikte `Inspiration 9` programı kullanılarak zihin haritaları oluşturulmuştur. Elde edilen bulgular ışığında, araştırmaya katılan ortaokul 6. sınıf öğrencilerinin uygulama öncesi genel olarak Astronomi kavramları konusunda eksik ve bilimsel olmayan kavramlara sahipken, ilgili ünite işlendikten sonra, öğrencilerin çoğunun Astronomi kavramlarını daha bilimsel kavramlarla ifade ettikleri ve algılarının bilimsel yönde değiştiği görülmüştür. Araştırma sonucunda, öğrencilerin Astronomi kavramlarına yönelik algılarını tespit etmek için yapılacak çalışmaların farklı sınıf düzeylerinde ve farklı örneklemlerle uygulanması konularında önerilerde bulunulmuştur. The purpose of the current study is to determine how the participating 6th grade secondary school students describe the concepts of astronomy in their minds and to elicit their related cognitive illustrations before and after conducting activities within the context of the unit `Our World, Moon and The Sun, Source of Our life` and to reveal their opinions about the concepts of astronomy through focus-group interviews. In the study, one of the purposive sampling methods, criterion sampling was used. The study group of the current research is comprised of 6th grade students attending a secondary school located in the Cumra province of the city of Konya in 2015-2016 school year. A total of 31 students participated in the study (19 girls and 12 boys). The study employed the phenomenological design, one of the qualitative research methods. As the data collection tools to elicit the students' opinions, drawings and focus-group interviews were used. A data collection instrument including 12 concepts related to astronomy was developed. This data collection tool was administered to the students before and after studying the unit `Our World, Moon and Sun, Source of Our Life`. The participating students were asked to draw a picture to illustrate their opinions about the concepts such as world, sun, moon, star, planet, astronaut, space, universe, astronomy, astrology (pseudoscience). They were also asked to state what they wanted to express in their drawings by writing under the drawing. Nearly four months after the unit was studied, focus-group interviews were conducted with 10 students randomly selected from among the study group students. In the analysis of the data, coding scheme for a phenomenological study and content analysis were used. The data collected from the students through drawings and focus-group interviews were analyzed by classifying them with common codes and together with the excerpts from the students' statements, mind-maps were constructed by using `Inspiration 9` program. In light of the findings of the study, it was concluded that while the 6th grade students participating in the current study had missing or unscientific information about the concepts of astronomy before the application, after studying the unit, most of the students were able to express the concept of astronomy by using more scientific statements and their perceptions of these concepts became more scientific. At the end of the study, it was suggested that similar studies should be conducted with students from different grades and larger samplings. 220

Günümüzde her kesimden insanın hızlı, verimli ve kolay iletişim için taşınabilir elektronik aletlerden (bilgisayarlar, cep telefonları, kameralar, fotoğraf makinaları, MP3 çalarlar, CD çalarlar, DVD oynatıcılar, radyolar, televizyonlar) yararlandığı bilinmektedir. Taşınabilir tüm bu elektronik ürünlerin görevlerini uzun süreli ve etkin olarak sürdürebilmeleri için temel şart yüksek enerji yoğunluğuna sahip, güvenli, uzun ömürlü, bakımı kolay yapılabilen, kısa sürede şarj edilebilen ve çevreye zarar vermeyen bir enerji kaynağına sahip olmalarıdır. Günlük kullanım ihtiyaçlarının yanı sıra özellikle taşıma sektöründe de yüksek miktarda enerjiye ihtiyaç duyulmaktadır. Tekrar şarj edilebilen/ ikincil lityum-iyon bataryalar (LİB) sahip olduğu üstün özellikler sayesinde gerek ev aletlerinde gerekse de taşıma sektöründe yaygın olarak kullanılan enerji kaynaklarından biridir. Tekrar şarj edilebilir pil olan lityum iyon piller, ikincil piller olarak da bilinirler; deşarj olduktan sonra tekrar şarj edilerek kullanılabilen elektrokimyasal hücrelerdir. Diğer ikincil pillerle (gümüş-çinko, nikel-çinko, nikel-hidrojen) karşılaştırıldıklarında bakım gerektirmemeleri ve uzun ömürlü olmalarının yanı sıra geniş çalışma sıcaklık aralığına, uzun raf ömrüne, çabuk şarj olabilme kabiliyetine, yüksek güçlü deşarj kapasitesine, yüksek enerji verimliliğine ve yüksek spesifik enerji yoğunluğuna sahip olmaları sebebiyle de sıkça tercih edilmektedirler. Pahalı olmaları ve yüksek sıcaklıklarda hızlı bozunmaları ise sahip oldukları en büyük dezavantajlardır.İlk olarak 1970 yılında lityum metalinin enerji uygulamalarında kullanımına ait avantajlar fark edildikten sonra 1972'de Exxon TiS2 yapısında katot üreterek Li'a karşı gerçekleştirdiği ilk lityum pilini üretmiştir. Katmanlı yapıdaki sülfür içeren katot malzemelerinin uzun çevrimler boyunca kararlı kalmadığı 1980'de kanıtlandıktan sonra Goodenough ve arkadaşları metal oksitleri alternatif katot malzemesi olarak önermişlerdir. Bu öneriyi takiben 1991 yılında ilk defa Sony LiCoO2'in katot, karbonun anot olarak kullanıldığı ticari LİB'ları üretmiştir. Bu hücrelerde 3,6 V üstünde potansiyel elde edilmiş, uzun çevrimler boyunca kararlılık gösteren lityum iyon pillerin üretilmesi başarılmıştır. Enerji sektöründeki artan ihtiyaçlara uygun şekilde cevap verebilmek ve çevreye en az zarar veren teknolojinin kullanımını yaygınlaştırmak için tekrar şarj edilebilen LİB'larla ilgili yapılan çalışmalar son yıllarda oldukça hız kazanmıştır. 2008 yılında dünyadaki satış miktarı 36 milyar dolar, 2013 yılında ise değeri 51 milyar dolara ulaşan LİB pazarının 2020 yılına kadar 100 milyar doları geçmesi beklenmektedir. Elektrikli araçlar bu teknolojinin gelişmesinde ayrı bir öneme sahiptir. Tekrar şarj edilebilen LIB temel olarak anot/katot, separatör ve eletrolitten oluşmaktadır. Anot malzeme negatif elektrot, katot ise pozitif elektrot olarak görev alır. Pilin şarj reaksiyonu sırasında dışarıdan uygulanan fazla voltajı takiben pozitif elektrottan Li iyonları ayrılır, elektrolit boyunca difüz ederek negatif elektrotun yapısına yerleşirler (interkele ederler). Bu sırada pozitif elektrottan ayrılan elektronlar akım iletici kablo vasıtasıyla anoda elektron iletirler. Deşarj reaksiyonu sırasında ise anoda geçen (interkeleeden) lityum iyonları katottaki ilk yerlerini almak üzere hareket (deinterkele) ederken, elektronlar da depolanan enerjiyi istenilen uygulama için transfer ederler. Bu reaksiyonların yüksek verimle gerçekleşebilmesi için elektrot malzemeleri yüksek elektrik iletkenliğinde, hafif ve elektrolitle uyumlu olmalıdır. Elektrot üretiminde malzemeler yüksek iletken metal folyolara lamine edilir veya folyo üzerine biriktirilir. Pil elemanlarının biraraya getirilmesi sırasında folyoların üzerindeki elektrot malzemeleri arasında gerçekleşmesi muhtemel kısa devreyi önlemek için mikro gözenekli seperatörler veya jel/katı elektrolitler kullanılarak hücre içerisinde lityum iyonlarının yer değiştirmesi sağlanmalıdır. Dünya'da LİB performansını geliştirmek için yapılan çalışmalar hücre elemanları ve elektrot dizaynı olarak temel şekilde sınıflandırılabilir. Bu çalışmalar sonucu sadece US patent ofisinde kayıtlı 10.000'e yakın lityum iyon teknolojisi üzerine patent olduğu görülmüştür. Elektrot malzemelerinin bileşimleri (kompozit üretimi dahil olmak üzere) ve yapısal (gözenekli) özelliklerini geliştirmek üzerine çalışanların yanı sıra, elektrolit ve membran özelliklerini geliştirmek için de çalışan araştırma grupları bulunmaktadır. Günümüzde LİB'da pozitif elektrot olarak öncelikli olarak katmanlı (LiCoO2), spinel (LiMn2O4) ya da olivin (LiFePO4) yapıda malzemelerin kullanımı araştırılırken, negatif elektrot (anot) malzemesi olarak öncelikle karbon (C) daha sonra kalay (Sn), alüminyum (Al), antimon (Sb), bizmut (Bi) ve silisyum (Si) esaslı malzemelerin kullanımları değerlendirilmekteditr. Son yıllarda alternatifleri arasından Si yüksek kapasiteye sahip olması (3579 mAsg-1 oda sıcaklığında) ve hammaddesinin dünyada bol ve ucuz bulunmasından dolayı, araştırmalarda sıkça tercih edilmektedir. Si anotunun uygulanmasında karşılaşılan en büyük sorun ise malzemenin düşük elektrik iletkenliği (10-3 S cm-1), düşük lityum difüzyon katsayısı (10-14-10-13 cm2s-1), lityumla reaksiyon sırasında birim hücrede gerçekleşen yüksek hacimsel (%300) değişim ve lityumla reaksiyon potansiyelinin elektrolit parçalanma potansiyel değerinin altında olması sebebiyle yüzeyinde kararlı olmayan katı elektrolit ara yüzeyi (SEI: solid electrolyte interphase) oluşturmasıdır. Bu sorunun üstesinden gelebilmek için nanokompozit elektrotların kullanımı önerilmiştir. Bu bağlamda, gümüş (Ag) ve bakır (Cu) sahip oldukları yüksek elektrik iletkenliğikleri sayesinde geçmiş çalışmalarda tercih edilmişlerdir. Böylece, Si filmin içinde bulunan bu metal atomları, lityumla reaksiyona girmedikleri şartlar altında, hem elektrotun içinde yeni elektron yolları açmasına, hem çevrim testi boyunca Si'un elektrotta oluşabilecek elektrokimyasal aglomerasyonunun engellenmesine hem de Si-Li arasında gerçekleşen reaksiyon sonucunda oluşan yüksek hacimsel değişimi mekanik tampon olarak sindirerek, hacimsel değişimin yıkıcı etkisinin azalmasına sebep olmuşlardır. Si bazlı nanokompozit malzemeler literatürde sıkça kullanılmıştır. Lityumla reaksiyona girmeyen Cu atomları, Ag atomlarına nazaran sahip oldukları daha düşük atomik kütlelerinin yanı sıra, sergiledikleri sünek davranışları ve Si'la farklı fazlar (ör:Cu3Si) meydana getirmeleri sebebiyle galvonastatik test boyunca lityumla reaksiyonlarının tersinir olmasını sağlayabileceğini de kanıtlamıştır. Dahası Cu, negatif elektrotun akım toplayıcı Cu folyo ile arasındaki adezyonunu artırarak, yüksek çevrim ömrü ve iyi kapasite saklama özelliği kazandırdığı da kanıtlanmıştır. Şimdiye kadar, sol-jel, elektron demeti ile buharlaştırma, iyon katkılama, kimyasal buhar çökeltme, ultrasonik radyasyon, melez büyütme teknikleri ile SiCu kompozit filmleri üretilmiştir. Bu çalışmalar sonucunda üretim yönteminin özelliklerine bağlı olarak elektrotun tane özelliklerinin ve bu yüzden de elektrokimyasal performansının değiştiği gözlemlenmiştir. Bu sebeple araştırmacılar sıfır (0D), tek (1D), iki (2D) ve üç (3D) boyutta elektrot malzemeleri üreterek, LIB'da anot malzemesi olarak kullanımları durumunda özelliklerini incelemiştir. Sonuçlar temel olarak nano boyutta üretilen elektrot malzemelerin ilk kapasitelerinin daha yüksek olduğunu ve çevrim ömürlerinin daha uzun olduğunu kanıtlamıştır. Fakat elektrotun içerisinde aktif malzemenin tane boyutunun azalması aynı zamanda ikincil reaksiyon olarak tanımlanan oksitlenme ve katı elektrolit ara yüzey filminin yüksek miktarda oluşmasına neden olmaktadır. Bu oluşum sebebiyle ilk deşarj reaksiyonu (lityumun interkele ettiği) yüksek olsa da reaksiyonun geri dönüş veriminin oldukça düşük olduğu gözlenmiştir.Günümüzde LİB'ları elektrikli araç gibi ileri teknoloji aletlerinde kullanmak için yüksek akım yoğunluklarında verimli performans sergilemeleri en önemli gereksinimleridir. Bu noktada yüksek miktarda gerilimi tolere edebilecek yapıda Si anot üretimi oldukça önem kazanmaktadır. Bu şekilde ekonomik olarak uygun şartlarla elde edilen elektrotun çevrim testi boyunca hem mekanik olarak bütünlüğünü koruması hem de yüksek kapasite sergilemesi hedeflenmektedir.Bu kapsamda yapılan çalışmalarda malzeme seçimi ve proses dizaynının önem kazandığı görülmektedir. Bu tezde, yukarıdaki bilgiler göz önüne alınarak yüksek kapasite-çevrim performansı sergileyen anot eldesinin hem malzeme seçimi hem de üretim proseslerinde yapılan iyileştirmeler ile eldesi hedeflenmiştir. Malzeme seçimi kapsamında Si anotların performanslarını geliştirmek için birinci başlıkta lityuma karşı aktif özellik sergileyen yüksek elektrik iletkenliğine sahip Ag, ikinci ve üçüncü başlıkta ise lityuma karşı inaktif davranış sergileyen Cu atomu ilavesiyle kompozit filmler üretilmiştir. Proses gelişimi için ise ilk başlıkta Ag atomlarının çevrim testine etkisini inceleyebilmek ve SiAg filminin en verimli çalışacağı test aralığını bulmak için farklı galvanostatik test koşullarında test uygulanmıştır. İkinci başlıkta ise geleneksel manyetik sıçratma prosesi yerine 'sürekli olmayan, şiddetli akımla manyetik sıçratma' (High power pulsed magnetron sputtering: HPPMS) yöntemi kullanılarak homojen özellikte Si film sağlanmıştır. Üçüncü başlıkta ise iyon desteğinin elektron demeti buharlaştırma prosesine adapte edilmesi sayesinde yüksek yapışma özelliğine sahip şekilli ince filmler başarıyla elde edilmiştir. İncelenen tezin birinci bölümünde kullanılan Ag elementinin anot malzemesi olarak kullanımı üzerine yapılmış çalışmalar, Ag elementinin 0,2 V altındaki potansiyellerde lityumla reaksiyona girdiğini ortaya koymuştur. 0,005-1,2 ve 0,2-1,2 V aralığında test edilen, manyetik sıçratma yöntemiyle elde edilmiş bu kompozit film, 0,005-1,2 V aralığında 20 çevrim sonunda çok düşük kapasite değerleri sergilerken, 0,2-1,2 V aralığında test edildiğinde 60 çevrim sonunda 1700 mAsa g-1 deşarj kapasitesi ortaya koymuştur. Bu durum 0,2-1,2 V aralığında lityumla reaksiyona girmeyen nanoboyutta dağılmış Ag atomlarının Si filmi içerisinde elektron iletimlerini sağlayacak yollar oluşturmaları ile açıklanmıştır. Ag malzemesinin pahalı ve ağır olması, Li'la reaksiyon vermeyen ve yüksek elektrik iletkenliğine sahip, daha düşük atomik kütle ağırlığındaki Cu atomlarının alternatif olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Bu sebeple, ikinci bölümde Si elektrodun özelliklerini geliştirmek için Cu atomları film kalınlığı boyunca miktarsal dağılımları değişecek şekilde manyetik sıçratma yöntemiyle biriktirilmişlerdir. Bu başlıkta Si film üretimi sırasında ark oluşumunu engellemek ve homojen özellikte film elde etmek için HPPMS yöntemi kullanılmıştır. Üretilen film kaplama/altlık ara yüzeyinde %100 at. Cu atomları içerirken kaplama/elektrolit arayüzeyinde %10 at. Cu içerecek şekilde tasarlanmıştır. Cu atomlarının sahip oldukları yüksek elektrik iletkenliği ve süneklik çevrim testi boyunca kaplamada oluşan gerilimin dağılmasına yardımcı olmuş, yüksek performans elde edilmesi başarılmıştır. Bu sayede 100 çevrim sonunda 1500 mAsa g-1 deşarj kapasite sergileyen anot malzemesi elde edilmiştir. Son bölüm de ise kalınlık boyunca bileşimi değiştirme yaklaşımı eğik açılı elektron demeti buharlaştırma yöntemi kullanılarak denenmiştir. Kaplamanın ilk 5 dakikasında uygulanan iyon desteği sayesinde kaplamanın altlığa yapışmasının artması beklenmiştir. Bu deneylerde eğik açılı elektron demeti buharlaştırma yönteminin seçilmesinin temel sebebi prosesin farklı nanoşekilli yapıları düzenli dizilimli olarak elde edilmesine olanak sağlıyor olmasıdır. Bu yöntem sayesinde son başlıkta bileşimi kalınlık boyunca değişen helis şekilli SiCu ince filmleirn üretimi gerçekleştirilmiş, anot malzemesi olarak kullanımları değerlendirilmiştir. Bu tasarımla helis şekli sayesinde hem mekanik mukavemetin gelişmesi, hem de Cu atomlarının kalınlık boyunca oranlarının değişmesi sonucu oluşan hacimsel değişimin neden olduğu gerilimin dağılması amaçlanmıştır. Galvanostatik test sonuçları kalınlık boyunca değişen Cu miktarı sayesinde (elektrot/akım toplayıcı ara yüzeyinde %30 at. Cu bulunurken, elektrot/elektrolit ara yüzeyinde %10 at. Cu bulunmaktadır) elektrot üzerinde oluşan stres yayılımının değiştiğini ve bu sayede 100 çevrim testi sonunda 1200 mAsa g-1 deşarj kapasitesi sergileyebildiğini göstermiştir. Bu tezde uygun malzeme seçimi ve proses dizaynı ile fiziksel buharlaştırma yöntemleri kullanılarak (manyetik sıçratma ve iyon destekli eğik açılı elektron demeti buharlaştırma) Si bazlı filmlerin lityum iyon bataryalarda anot malzemesi olarak kullanımları için üretilebileceği gösterilmiştir. Yapılan deneysel çalışmalara ait sonuçlar elektrot malzemesinin bileşiminin ve elektrottaki boşluk miktarının/dağılımının yüksek elektrokimyasal performans sergileyen anot malzemesi eldesinde oldukça önemli olduğunu göstermiştir. Elektrottan elde edilen yüksek performans yüksek adezyon kuvvetiyle altlığa bağlı olan ince filmin yapısal, bileşimsel ve morfolojik özellikleriyle, elektrot yüzeyinde oluşan SEI filminin kararlılığıyla ve uygulanan galvanostatik test koşullarıyla ilişkilendirilmektedir. İçinde bulunduğumuz hızla değişen düzende ilerleyen teknolojiyi yakalamak açısından LİB teknolojisini geliştirmek için yapılacak araştırma-geliştirme faliyeteleri oldukça önemlidir. Bu amaç dikkate alındığında yapılan bu tezin LİB teknolojileri için anot geliştirilmesi yönünde araştırma-geliştirme faaliyetlerini destekleyici nitelikte sonuçlar içerdiği düşünülmektedir. It is essential to use low-cost and environmentally friendly energy storage systems. In this concept, all inovations done in energy storage devices are issued from accurate material selection and process design. In todays world, among alternative energy storage devices, lithium ion battery (LIB) becomes more important. They provide electrical power for a wide variety of applications such as power tools, aerospace and small portable electronic devices. However, current LIB technology can not satisfy the energy and power requirements of long life cell phones, electrical/hybrid vehicles and smart grids.We consider the example of smartphones, when graphitic based LIB are used, its charge can only endure for one day. When the use of LIB in Tesla Roadster (EV) is considered, EV carries 6831 lithium ion cells which together weight half a ton in the car. However, so many cells can only cover a distance of about 450-500 km, which is around half the driving distance of a fully loaded gasoline vehicle. Taking into consideration these facts, Department of Energy (DoE, USA) and the New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO, Japon) indicate that improving the battery performance with higher energy density, longer battery life and lower cost should be the priority in energy researches. Therefore, making successful development in LIB will be the strategic target to work on for nations around the world. So far, one of the challenge substituting graphite with high capacity alternative materials has been highlighted as a crucial challenge. In this sense, the use of various materials (C, Sn, Al, Sb, Bi) has been evaluated as anodes in LIB. Among them, silicon (Si) becomes prominent due to its high theoretical storage capacity (3579 mAh g-1 at room temperature), low operation potential (-370 mV vs Li/Li+), eco friendliness, high abundance on Earth's crust and low cost comparable to those of graphite. Despite these merits of Si, it has not yet replaced graphite in commercial applications, because when lithium ions (Li+) reacts with Si, more than 300% volume expansion occurs generating an immense amount of stress in the anode. This stress causes a severe material collapse and electrical isolation, resulting in low coulombic efficiency (CE) and rapidly declining capacity. Moreover, as the electrochemical alloying potential of Si is above the solvent reduction level, a passive film (solid electrolyte interphase (SEI)) forms at the electrode/electrolyte interface. Herein, it is worth to note that volume expansion in cycling yields unstable SEI between the Si surface and electrolyte, which leads to an increase in impedance. Finally, the low electrical conductivity (10-3 S cm-1) and low Li diffusion coefficient (10-14-10-13 cm2s-1) in Si hinder fast electron transfers resulting high resistance in the electrode, hence failure in the early stages of cycling. To be able to use Si electrodes in electrical vehicles or other advanced technological devices, highly stress-tolerant Si anodes that would withstand massive current demands while providing high energy density should be designed. It is known that, all potential commercial anode architectures have not been able to deliver a combination of high power and high energy density over a long range of cycles. Thus, there is a need to design LIB electrodes that can be discharged/charged at high rates to meet the high current demands of advanced technologies. At the same time, the mechanical integrity should be maintained and the production cost should be feasible. Herein, fabricating nano-structructured Si thin film by physical vapor deposition techniques becomes prominent because it is believed that delamination and quick faillure of the thin film electrodes might be prevented by using nano-engineering strategies, including nano-structuring and composition grading. In this dissertation, taking the above-mentioned claims as motivations an original idea of engineering Si based films to be used as negative electrodes in lithium ion batteries has been proposed. Magnetron sputtering and (glancing angle) electron beam evaporation processes have been chosen as the production techniques. Magnetron sputtering is used since highly energetic sputtered particles are believed to promote the intermetalic formation along the film as well as the adhesion of the coating to the substrate, and glancing angle electron beam evaporation method has been utilized since the process enables one to design nanoarchitectured thin film with a well aligned morphology. To overcome the above mentioned restrictions of Si based anodes some researchers are working to design new functional electrodes and others optimize the testing conditions and/or innovate cell designs. The objective of this study is to gain insights in how to design new negative electrodes for next generation LIB. The results show that both process and material science engineerings should be used to produce next generation Si based electrodes. Following this idea, in this dissertation a material selection is purposed: use of electrochemically active (Ag) or inactive elements (Cu) with Si has been evaluated. Moreover, we have also modified production processes and characterization methods: cut-off voltages of the galvanostatic tests are optimized in the first chapter, high power pulsed magnetron sputtering (HPPMS) is used to deposit Si film in the second chapter, then ion assistance is adopted to the glancing angle electron beam deposition process in the third chapter. In this dissertation, a compositional improvement has been done by cosputtering Ag atoms with Si, in the first chapter. Ag atoms having the highest electrical conductivity among all materials are believed to create electron conductive pathways in the Si anode so that a Si based film with 3.2 microns thickness could be able to cycle with high performance. As Ag atoms are also electrochemically active versus Li, the lithiation reactions of SiAg film has been optimized by using different lower cutoff voltages in galvanostatic test. The SiAg composite electrode fails in 20 cycles when cycled between 0.005-1.2 V, whilst delivers around 1700 mAh g-1 after 60th cycled when cycled between 0.2-1.2 V. The approach proposed in this study is believed to offer a new gateway for material science to handle both the material properties as well as the testing conditions, to increase the electrochemical performance of the new electrodes.The fact that Ag is a heavy and expensive metal, an alternative electrochemically inactive element Cu is used in the second chapter where we fabricate functionally graded SiCu film with 2.4 micron thickness. By tuning Cu content of the film along the thickness and improving the interaction between highly energetic Si and Cu atoms, a Si based electrode with high rate capability and cycle performance has been achieved by magnetron sputtering process. Herein Cu has been particularly chosen since it is the second most conductive metal after Ag. Plus being inactive versus Li, ductile behavior of Cu is expected to improve both physical and mechanical properties of the Si based electrodes. In the experiments, HPPMS process has been used to deposit Si film without arcing. The functionally-graded Si-Cu film performs 1500 mAh g-1 after 100th cycle when cycled at 100 mA g-1, and deliver roughly 700 mAh g-1 when cycled at 500 mA g-1. This high capacity value has been first found in the literature for such a thick film electrode. This outstanding performance of the electrode is believed to be a result of synergy gathered from its compositional, structural and morphological particularities: The highly adherent compositionally graded film has high electronic conductivity as well as mechanical tolerance against volumetric changes due to Cu atoms existence. Cu atoms provide minimum electrochemical sintering or Si particle agglomeration during cycling. Plus, as a result of the varying Cu atoms presence along the film thickness (pure Cu at the bottom and 10%at. Cu at the top) the stress propagation in the electrode during cycling is highly improved. Moreover, interspaces among the domains help to handle strain changes in cycling. Besides, amorphous and nano-sized crystalline morphology promotes the reversibility of the reactions. And finally, in the third chapter, first in literature compositionally graded helices containing SiCu film has been produced by glancing angle electron beam evaporation method. Herein, as an innovative approach, an ion assisted deposition technique was adopted to glancing angle deposition method to increase the adhesion of the helices to the substrate. The micro-spring behavior of the helices as well as the porosity (interspaces among the helices) in the well aligned film improve the mechanical resistance of the film, while the stress propagation is improved thanks to the compositionally graded structure. This electrode delivers approximately 1200 mAh g-1 after 100th cycles when cycled with 100 mA g-1 rate.In terms of technology and development of our country, impact of researches on LIB is increasing day by day. Taking into consideration this fact, this thesis represents a supportive step for the states-of-art of anode materials used in LIB. 153

Günümüzde enerji depolama sistemlerine artan ihtiyaç nedeniyle yüksek enerji yoğunluğuna sahip, güvenli, uzun ömürlü, bakımı kolay, kısa sürede şarj edilebilen ve çevreye zarar vermeyen enerji kaynağı alternatifleri oluşturulmaya çalışılmaktadır. Günlük yaşantımızda ihtiyaca göre her büyüklükte ve şekilde üretilebildiklerinden farklı alanlardaki (askeri, sağlık, tüketici elektroniği, elektrikli araçlar vb.) uygulamalarıyla bataryalar yaygın olarak kullanılmaya başlamıştır.Bataryalar, kimyasal enerjiyi depolayıp isteğe göre elektrik enerjisine çeviren sistemlerdir. İkincil bataryalar tekrar şarj edilip kullanılabilme özelliğine sahip elektrokimyasal hücrelerdir. Lityum iyon bataryalarda ikincil batarya grubuna girmekte olup, çalışma prensibi lityum iyonlarının şarj-deşarj sırasında elektrotlar (anot ve katot) arasında hareket etmesine dayanmaktadır. Yüksek özgül enerji ile yüksek enerji verimine sahip oluşu, uzun ömürlü olması ve hafıza etkisinin olmaması lityum iyon bataryaların en önemli avantajlarıdır. Bu bataryaların katot ve anot aktif malzemeleri üzerine yapılan araştırma geliştirme çalışmaları elektrik ve elektronik cihazlara artan talebin yanı sıra elektrikli arabaların öneminin artmasıyla da gün geçtikçe değer kazanmaktadır.Lityum iyon bataryaların geliştirilmesine yönelik çalışmalar anot, katot ve elektrolit üzerinde ayrı ayrı ele alındığı gibi tüm sistemi ele alan çalışmalar da yürütülmektedir. Bu çalışmaya da konu olan lityum iyon bataryaların katot aktif malzemesi kolay hazırlanmalı (seri üretime uygun olmalı), yüksek çalışma voltajına, yüksek kapasiteye, uzun çevrim ömrüne ve kimyasal kararlılığa sahip olmalıdır. Lityum iyon bataryalarda katot aktif malzemesi olarak LiMO2 türündeki yapılar (M: Co, Ni, Mn, V) kullanılmaktadır. Yapılan çalışmalar neticesinde günümüzde kullanılan ticari katotlar arasında en uygun yapının LiCoO2 olduğu gözlenmiştir; ancak Co'ın pahalı olması ve toksik etkisi göstermesi nedeniyle farklı metal oksit yapıların üzerine yapılan çalışmalar büyük bir önem kazanmaya başlamıştır.LiMn2O4 ucuz ve güvenli olması, yüksek çalışma potansiyeline sahip olması, toksik etkisinin olmaması, Mn'nin bol bulunması açısından daha avantajlı ve cezbedici bir malzeme olarak görülmektedir. Temin edilmesi kolay olan ucuz ve çevre dostu LiMn2O4 katot aktif malzemesi ticari olarak günümüzde kullanılmakta olup, elektrokimyasal performansının arttırılması için yoğun bir çaba harcanmaktadır.Lityum iyon bataryalarda görülen başlangıç kapasitesindeki kayıp, düşük şarj hızı ve güvenlik problemleri çoğu zaman elektrotlarda kullanılan aktif malzemelerden kaynaklanmaktadır. Bu durum araştırmacıları daha güvenilir, yüksek özgül kapasite ve kapasite tutma oranına sahip yeni aktif malzemeleri geliştirmeye ve aynı zamanda hali hazırda kullanılan elektrot malzemelerine de çeşitli modifikasyonlar (farklı katkımalzemeleri ekleme, yüzey kaplama gibi) uygulayarak elektrokimyasal performansı arttırmaya ve kararlılığını sürdürebilmesini sağlamaya yöneltmiştir.Katot malzemelerinin elektrokimyasal performanslarının geliştirilmesinde anyonik ve katyonik doplamalar ile yüzey modifikasyonları uygulanan en önemli yöntemlerdir. Doplama yöntemiyle yapısal kararlılığın arttırılması amaçlanmaktadır. Yüzey modifikasyonlarında ise aktif malzemenin elektrolitte oluşan aşırı reaktif HF çözeltisi ile olan reaksiyonları azaltılması amaçlanmakta olup koruyucu bir tabaka oluşturularak aktif malzeme içerisindeki metallerin tersinir olmayan reaksiyonlar ile katot yapısından çıkması önlenmeye çalışılmaktadır. Ayrıca bu yüzey modifikasyonlarıyla akım toplayıcı üzerindeki film tabakasının mekanik bütünlüğünün korunması ve elektrot-elektrolit arayüzeyindeki iyon transfer direncini azaltarak yüksek şarj/deşarj hızlarında yüksek kapasite tutma oranlarının elde edilmesi de sağlanmaya çalışılmaktadır. LiMn2O4 katı-hal reaksiyonları, Pechini ve Sol-Jel yöntemi gibi farklı üretim yöntemleri ile üretilebilmektedir. Özellikle Sol-Jel yöntemi ucuz bir üretim yöntem olması, çevre sorunu teşkil etmemesi, kolay müdahale edilebilmesi ve mikron altı boyutta malzeme üretilebilmesinden ötürü sıkça tercih edilen bir üretim yöntemi haline gelmiştir. Bu yöntem sadece üretim değil aynı zamanda bir malzemenin yüzeyinde farklı bir malzemenin çekirdeklenmesine olanak tanıyacak bir metot olup, bu tez kapsamında da bu üretim yöntemi uygulanmıştır.Bu çalışmada Sol-Jel yöntemi ile LiMn2O4 bileşimi üretilmiş olup ardından aynı yöntem ile ZrO2 malzemesi LiMn2O4 yüzeyinde çekirdeklendirilerek yüzeye kaplanmıştır. LiMn2O4 tozu için sol hazırlanarak 200 dev/dk karıştırma hızında ve 80 oC'de 4 saat boyunca karıştırılıp jel yapısı elde edilmiştir. Elde edilen jel 100 oC sıcaklıkta 24 saat kurutulmaya bırakılmış, ardından 1 oC/dk ısıtma hızıyla önce 500 oC'de 5 saat, sonrasında ise 850 oC'de 5 saat tutularak ısıl işlem uygulanmıştır. Yapılan bu ısıl işlemler sonucu jel öncüllerinin yapısındaki asetatlar uçurulup LiMn2O4 kristal yapısına sahip tozlar elde edilmiştir. Yüzey modifikasyonu için yapılan çalışmada bir önceki işlemde elde edilen LiMn2O4 tozları ZrO2 için hazırlanan solün içine atılmıştır. ZrO2 tozu için ise 15 ml sol hazırlanarak ultrasonik karıştırıcı içinde karıştırıcının % 15, % 30 ve % 45 gücü kullanılarak 60 oC'de 2 saat tutulup LiMn2O4 tozlarını içinde hapseden jel yapısı elde edilmiştir. Elde edilen bu yapıya ZrO2'nin kristalizasyonu için 500 oC'de 5 saat ısıl işlem uygulanmıştır. ZrO2'nin yüzey modifikasyonunda seçilmesinin sebebi elektrolit içerisindeki tuzlara ve kimyasal olarak reaktif bileşiklere gösterdiği yüksek dirençtir. Sonikasyon işleminde farklı güç parametrelerinin denenmesinin amacı ise ZrO2'nin LiMn2O4 yüzeyindeki dağılımını ve buna bağlı olarak LiMn2O4'in elektrokimyasal performansına olan etkilerinin incelenmesidir. Yapılan yüzey modifikasyon işlemlerinin LiMn2O4 çevrim performansına olan etkisini değerlendirmek için SEM, XRD ve EDS tekniklerinden yararlanılmıştır. XRD verileri incelendiğinde hem LiMn2O4, hem de ZrO2 için kapasite düşüşüne neden olacak empürite fazları içermediği, LiMn2O4 için spinel fazın ve ZrO2 için tetragonal ve monoklinik fazların elde edildiği görülmüştür. LiMn2O4'in latis parametresi a=8.214 Å olarak bulunmuştur. SEM görüntülerine bakıldığında ise üretilen LiMn2O4 tozunun keskin köşeli ve düz yüzeye sahip olduğu, yüzey modifikasyonu uygulanmış numunelerde ise yapılan kaplama nedeniyle yüzeylerin pürüzlü olduğu ve partiküllerin keskin köşeli yapısını kaybettiği görülmüştür. Partikül boyutunun da 0,75μm – 1,5μm arasında değişmekte olduğu belirlenmiştir. Üretilen tozlara %10 bağlayıcı (PVDF) ve %10 karbon siyahı eklenerek %80 aktif malzeme içeren toz çamuru haline getirilmiştir. Bu toz çamuru laminasyon (doctor blade) yöntemi ile akım toplayıcı olarak kullanılan 13 µm kalınlığındaki alüminyum folyo üzerine kaplanmıştır. Yapılan kaplamalarda bıçak (doctor blade) aralığı 150 μm olarak ayarlanmış olup kurutma işlemi sonrası 45-50 µm kalınlıkta kaplamalar elde edilmiştir. Partiküller arasındaki elektriksel kontağın arttırlması adına üretilen kaplamalar iki defa haddeleme işlemine tabi tutulmuş olup kaplama kalınlıkları yaklaşık %30 oranında düşürülmüştür.Hazırlanan elektrotlar CR2032 standartlarında olacak şekilde 1,6 cm'lik çapta kesilmişlerdir ve farklı akım yoğunluklarında galvanostatik ve potansiyostatik ölçümleri yapılmıştır. Yapılan analizlerde 100 çevrim sonunda yüzey modifikasyonunun yapılmadığı numunede % 41,66 oranında kapasite tutma oranı elde edilmiştir. Manyetik karıştırıcının kullanıldığı ZrO2 modifikasyonunuda bu oran % 45,9'a çıkartılmıştır. ZrO2 dağılımının daha yüksek olduğu ultrasonik karıştırıcının kullanıldığı numunelerde ise kapasite tutma oranı % 57,06'ya kadar çıkartılabilmiştir. Bu denli yüksek değerlerin elde edilmesinde ki sebep sonikasyon kuvvetinin artmasıyla LiMn2O4 yüzeyinin elektrolit ile daha az temas etmesi, buna bağlı olarak da manganezin elektrolit içerisinde çözünmesinin önüne geçilmesidir. Elektrotların elektrokimyasal performanslarının detaylı olarak incelenmesi için CV ve EIS analiz tekniklerinden faydalanılmıştır. Ayrıca pillere 2 C hızına kadar ulaşan hız testi uygulanarak EIS sonnuçları ile veriler kıyaslanmıştır. İlk dört çevrimdeki CV analizleri incelendiğinde yapılan ZrO2 modifikasyonu ile beraber LiMn2O4 yüzeyinde polarizasyonun artmasına bağlı olarak anodik ve katodik piklerde bir miktar kayma oluştupu tespit edilmiştir. EIS sonuçlarında ise yüzeyde oluşan bu polarizasyonun genel empedans değerlerini çok fazla etkilemediği ve artan sonikasyon gücüne bağlı olarak yük transfer direncinin azaldığı tespit edilimiştir. Empedans sonuçlarını destekler nitelikteki hız testlerinde ise 2C hızında düşük empedans değerine (yüksek sonikasyon gücü uygulanan) sahip numunelerin daha yüksek elektrokimyasal performans sergilediği görülmüştür.Yapılan 100 çevrimin ardından numunelerin SEM görüntüleri ise tekrar alınmıştır. Elde edilen sonuçlarda kaplama yüzeyinde çatlaklar oluşmadığı görülmüştür. Jahn-Teller etkisinin yapı içerisinde fazla miktarda bulunan düşük spin durumundaki Mn+3 iyonları nedeni ile azaldığı ve bu nedenle çatlakların oluşmadı düşünülmektedir. At present time, the most of the individual and massive requirements are met by using advanced energy storage devices. There is an increasing demand on portable electrical and electronic equipment in markets due to these requirements. The basic terms to sustain the functionality and high efficiency of these devices are having a safe energy storage with high energy density, long lasting, easily maintained, enviromentally benign and charged at short time. Thus, in recent years in order to meet the individual and massive requirements, research and development activities relative to lithium ion batteries have become crucial.A lithium ion cell basiclly consists of anode, cathode and electrolyte. The working principle of lithium-ion batteries is the movement of lithium ions between anode and cathode through an electrolyte. Lithium-ion is a low maintenance battery, an advantage that most other chemistries can not claim. There is no memory effect and no scheduled cycling is required to prolong the battery's life, performs high specific and volumetric energy density. In addition, the self-discharge is less than half compared to nickel-cadmium. Because of its advantages lithium ion batteries has become primary energy sources for consumer electronics and EVs. With the increasing demand in those applications R&D studies for LIBs has been accelarated to meet the requirements. LiMn2O4 is ideal as a high-capacity Li-ion battery cathode material by virtue of its low toxicity, low cost, and the high natural abundance of Mn. The architecture forms a three-dimensional spinel structure that improves ion flow on the electrode, which results in lower internal resistance and improved current handling. A further advantage of spinel is high thermal stability and enhanced safety, but the cycle and calendar life are limited.Initial capacity lost and low rate performance are most crucial drawbacks for LIBs. There are lots of researches continues to commercialize new active materials and also improve the electrochemical performance of commercial active materials. Surface modification, doping using different additives are some of these techniques for enhancement. Anionic and cationic dopings and surface modifications are one of the most important methods to improve the electrochemical performance of cathodes. By doping structural stability can be increased and with surface modifications active material can be protected from the highly reactive hydrofluoric acid which improves the cyclability. As the solid electrolyte interface (SEI) of cathode is far thinner than anode SEI there should be an extra passivation film at the surface of cathodes to prevent the irreversible reactions that causes loss of active material. Furthermore, surface modification can preserve the electrode integrity and it can also decrase the charge transfer resistance that enhances the rate performance of electrode. LiMn2O4 can be synthesized by different methods like solid-state reactions, pechini and sol-gel methods. Among these methods sol-gel offers low cost, less toxicity and sub-micron particle size. This method not only for material production but also for surface modifications. To this respect in this study that production method was chosen. In the scope of this thesis LiMn2O4 active material is synthesized and it was modified by nucleating the ZrO2 particles at surface of LiMn2O4. Gel precursors is dissolved in distilled water and stirred at 200 rpm and 80 oC temperature for 4 hours until the gel structure attained. After that, obtained gel dried at 100 oC for 24 hours and than heat treatment is applied. First treatment was for removing organic compounds from gel (500 oC) and the second heat treatment for crystallization of LiMn2O4 (850 oC) in order to obtain fine LiMn2O4 powders. Surface modification of LiMn2O4 is started by adding LiMn2O4 powders in to zirconia sol. Than, sonication was started and three different sonication powers were tested (10%, 30%, 50%). After the second gel is obtained, last heat treatment for ZrO2 crystallization was done at 500 oC for 5 hours. For surface modification ZrO2 is chosen due to its excellent corrosive resistance against reactive compounds and the reason to test different sonication parameters was to observe the distribution of ZrO2 particles at LiMn2O4 surface and its effects at electrochemical performance of LiMn2O4.After surface modification, powder mix is obtained (which contains 80% of active powder, %10 carbon black, %10 binder) by adding binder polymer and carbon black. Than this powder mix is laminated on 12 µm aluminium foil. Each coating thickness is adjusted to 150 µm by Doctor Blade gauge. XRD, SEM techniques are used to observe the effect of surface morfology to charge/discharge performances. XRD values show that active powders do not contain any impurity phases which have negative effect on capacity values, instead powders contain LiMn2O4 spinel phase primarily. In SEM images, powder particle size vary between 750 nm-1500 nm. Particles are sharp edged and have smooth surface. After ZrO2 coating particles have soft edges with rough surface. For galvanostatic and potentiostatic analyzes electrodes are punched and tested with different current densities. After 100 cycle 46.66 % capacity retention is obtained from bare LiMn2O4. ZrO2 coated sample with magnetic stirring is showed 45.9 % capacity retention and this ratio is increased by using ultrasonic stirring. The sample that has the highest sonication power achieved 57.06 % capacity retention. This shows that with the increase of sonication power ZrO2 particles distributed at LiMn2O4 surface more homogenously and by this way Mn dissolution is restrained.CV and EIS analyzes are performed for further information of cathode structure. In CV graphs, polarization at the surface of LiMn2O4 can be seen by comparing bare LiMn2O4 and ZrO2 coated LiMn2O4 due to shift at cathodic and anodic peaks. However, in EIS results this polarization that occurs beacause of the low conductivity of ZrO2 did not effect the overall empedance and the charge transfer resistance is decreased with the increase of sonication power.C-rate tests also proofed the EIS results. At 2C charge/discharge rate best performance is achieved from the highest sonication speed performed sample.SEM analyses performed again after 100 cycles. There is no crack observed at the surface of samples. This shows there is a low Jahn-Teller effect inside the structure due to low spin Mn+3 ions. 109

Günümüzde tekrar şarj edilebilir depolama sistemlerinin (ikincil lityum iyon pillerin) kullanımında önemli bir artış gözlenmektedir. Tüm dünya genelinde mobil elektronik cihazların kullanımının ve elektrik ile çalışan arabaların sektörde yaygınlaşmasıyla pil sistemleri daha çok önem kazanmıştır. Hafiflik, en iyi elektrokimyasal potansiyele ve yüksek enerji yoğunluğuna sahip olma bu sistemlerin başlıca tercih nedenleri arasındadır.İkincil lityum iyon pillerin diğer pil sistemlerine kıyasla yüksek enerji yoğunluğuna ve tekrar şarj edilebilir özelliğe sahip olması çok tercih edilmesine sebep olmaktadır. Günümüzde mevcut teknolojiyi daha ileriye götürmek adına ikincil lityum pillerin enerji yoğunluğunun ve çevrim ömrünün arttırılması, güvenli kullanımlarının geliştirmesi alanında oldukça fazla çalışmalar yapılmaktadır. Mobil elektronik cihazların, elektrikli araç teknolojisinin var olmasında ikincil lityum iyon pillerin katkısı olsa da teknolojinin çok hızlı ilerlemesi lityum iyon pillerden gelen performans beklentisini de arttırmaktadır. Araştırmacılar bu beklentiyi karşılamak için pil bileşenleri üzerinde (katot, anot, seperatör, elektrolit) çalışmalar yapmaktadır.Sistem bileşenleri temel olarak negatif elektrot (anot), pozitif elektrot (katot), içerisinde lityum tuzları içeren bir elektrolit ve iki elektrodu birbirinden ayıran seperatörden meydana gelmektedir. İkincil lityum iyon pillerin çalışması esnasında elektrot yapısından kurtulan lityum iyonları pozitif ve negatif elektrotlar arasında sürekli gidip gelmektedirler. Şarj esnasında lityum iyonları pozitif elektrodun yapısından ayrılarak iki elektrodun arasında bulunan lityum iyonlarına geçirgenlik özelliği sergileyen seperatörün içerisinden geçerek negatif elektrodun yapısına girmektedir. Tersinir olarak deşarj esnasında ise lityum iyonları negatif elektrodun yapısından kurtularak seperatörün içerisinden geçerek ve pozitif elektrodun yapısına girmektedir. Aynı esnada serbest kalan elektronlar dış devreyi tamamlayarak pilin kullanıldığı sisteme enerji sağlamaktadır. Lityum iyonlarının bu hareketi esnasında kritik olan lityumun elektrot yapısına giriş ve çıkış esnasında elektrot yapısına zarar vermemesidir. Ancak bu koşullarda uzun çevrim ömürleri sağlanabilmektedir. Temel olarak araştırmacıların yoğun olarak çalıştığı konu elektrot yapısın uzun çevrimler boyunca korumak üzerinedir. Katot malzemeleri, genellikle spinel veya tabakalı kristal yapıya sahip malzemelerden oluşmaktadır. Katotlar, yapısında çevrimler esnasında elektrolit içerisinde, elektrotlar arasında hareket eden lityum iyonlarının kaynağını oluştururlar. Dolayısı ile bir ikincil lityum iyon pilin kapasitesi ve çevrim ömrü katota çok bağlıdır. Ticari olarak LiCoO2, LiMn2O4 ve LiFePO4 gibi katotlar kullanılmaktadır. Ticari katotların daha düşük maliyetli, çevreye daha az zararlı, daha yüksek kapasite ve çevrim ömrüne sahip olabilmesi için çalışımalar sürdürülmektedir.Katotların belirtilen özelliklerini geliştirmek amacıyla uygulanan bazı temel yöntemler bulunmaktadır. Bu yöntemler tane boyutu küçültme, kompozit malzeme, katkılama, morfoloji kontrolü, kaplama, elektrolit modifikasyonudur. Katot aktif malzemesinde küçük tane boyutları elde etmek katotun reaksiyon yüzey alanını ve buna bağlı olarak kapasite değerini arttıracağından dolayı uygulanmaktadır. Kompozit katotlar iki malzemenin pozitif özelliğinin tek bir yapıda toplanmak istenmesi nedeni ile tercih edilmektedir. Katkılama, ana yapıda bulunan elementin negatif etkilerini kompanse etmek amacıyla farklı elementlerin sistem içerisine düşük miktarlarda ilavesi ile işleyen bir geliştirme yöntemidir. Kaplama ile katotun yapısının çevrimler sonucu bozulmasını önlemek amacı ile yüzeyine daha dayanıklı karaktere sahip farklı bir malzeme ile film tabakası oluşturmak amaçlanır. Morfoloji kontrolü aktif malzemenin tane şekil ve homojenliğini kontrol etmek amacı ile kullanılır. Yeni elektrolit araştırmaları ise katot malzemesine zarar vermeyecek ve onun ile etkileşime girmeyecek bir sistem geliştirmek için sürdürülmektedir.Katot malzemelerinin hazırlanma teknolojisi ve elektrokimyasal performansları konusunda çeşitli çalışmalar bulunmaktadır. Sol-Jel yöntemi oldukça fazla tercih edilen hazırlama teknolojileri arasında yer almaktadır. Sol-Jel yönteminin tercih edilmesindeki temel nedenler homojen kimyasal kompozisyon ve partikül boyutunun elde edilebilmesi, düşük sıcaklıklarda ve kısa sürelerde üretim yapılabilmesidir. Bu üretim yöntemi ile beraber katot malzemesinde kullanılan elementlerin pozitif özelliklerinin tek bir malzemede toplanması da elektrokimyasal performansı geliştirmek açısından tercih edilmektedir.Bu çalışmada Sol-Jel yöntemi ile farklı bileşimlere sahip yedi adet aktif malzeme üretilmiştir: LiMn2O4, LiCo0.2Mn1.8O4, LiCo0.4Mn1.6O4, LiCo0.6Mn1.4O4, LiMn1.9Ni0.1O4, LiMn1.7Ni0.3O4, LiMn1.5Ni0.5O4. Her bir toz için 100 ml Sol-Jel çözeltisi hazırlanmış, 250 rpm karıştırma hızı, 7 pH değeri ve 80 °C çözelti sıcaklığında ve 4 saat süren proses sonucunda gel yapısı elde edilmiştir. Elde edilen gel yapıları 100 °C sıcaklıkta 24 saat kurutmaya bırakılmış, ardından belirli ısıtma rampası ile 800-850 °C sıcaklığa çıkılarak kalsinasyon ve kristalizasyon işlemi uygulanmış ve nihai krisal yapıya sahip tozlar elde edlmiştir. Bu sıcaklığın altında kalsinasyon ve kristalizasyon yapıldığında elde edilmek istenen stokiyometrik bileşimin ve kristal yapının tam olarak elde edilemediği gözlenmiştir. Seçilen toz bileşimlerinin amacı ana yapı olarak LiMn2O4'ya kobalt ve nikel ilavesi ile katyon miktarına bağlı olarak elektrokimyasal kapasite ve çevrim ömrünün incelenmesidir.Üretilen farklı aktif malzemelerin şarj/deşarj performanslarının değerlendirilmesi için XRD, SEM ve EDS tekniklerinden faydalanılmıştır. XRD grafikleri incelendiğinde üretilen 7 farklı aktif malzemenin çevrimler esnasında kapasite düşüşüne neden olacak empürite fazları içermediği, temel LiMn2-xMxO4 spinel fazının elde edildiği görülmüştür. SEM görüntülerinde üretilen tozların tane boyutları 100 nm-1000 nm arasında değişmektedir. Morfoloji tam küresel veya keskin köşeli olmayıp düz yüzeye sahip ve yuvarlak köşeli tanelerden oluşmaktadır. EDS grafikleri incelendiğinde tozlara ait kimyasal bileşimin başlangıçta teorik olarak hesaplanan stokiyometriye uygun olarak üretilebildiği görülmektedir.Laminasyon işlemi öncesi, tozlara bağlayıcı (%10) ve karbon siyahı (%10) eklenerek %80 aktif malzeme içeren toz karışımı oluşturulmuş ve 19 µm alüminyum folyo altlık malzemesi üzerine 500 µm kalınlığında kaplamalar yapılmıştır. Kaplamalar için laminasyon (doctor blade) yöntemi kullanılmıştır. Bağlayıcı oranının belirlenen orandan az kullanılmasının kaplamalarda kalkmalara sebep olduğu gözlenmiştir. Ayrıca kaplamalara iki kez uygulanan haddeleme işleminin aktif tozun altlık malzemesine mekanik olarak daha iyi bağlanmasına katkı sağladığı tespit edilmiştir. Bunun yanı sıra uygulanan hadde işleminin yüksek akım yoğunluklarında çevrim ömrüne katkı sağlayacağı düşünülmektedir. Kaplama görüntülerinin incelenmesi için stereo mikroskop cihazından faydalanılmıştır. Stereo Mikroskop görüntülerine bakıldığında aktif malzemeler ile yapılan kaplamaların hepsinde homojen olarak dağılmış çatlaklar görülmektedir. Ancak şarj/deşarj çevrimleri yapılan kaplamaların EDS analizlerinde altlık malzemeden gelebilecek alüminyum pikine rastlanmamıştır. Kaplamalar lityum iyon pil hücresi ölçülerinde kesilerek yarı pil hücresi oluşturulmuş ve sırasıyla 25, 50, 100 mA/g akım yoğunluğunda katot malzemelerinin şarj/deşarj performansları incelenmiştir. Şarj/deşarj performansları incelendiğinde Ni katkılı aktif malzemesi ile daha yüksek şarj kapasite değerlerine ulaşılmıştır. LiMn1.9Ni0.1O4 bileşimindeki aktif malzeme ile 25 mA/g akım yoğunluğunda 126 mAsa/g spesifik şarj kapasite değerine ulaşılmıştır. Bu değer LiMn2O4 malzemesinin teorik kapasite değerinin (148 mAsa/g) %85'idir. Ayrıca 30 çevrim sonrasında %85 kapasite korunumu elde edilmiştir. Aynı bileşimdeki aktif malzeme en yüksek kapasite değerini gösterdiğinden dolayı 50 mA/g ve 100 mA/g akım yoğunluklarında da elektrokimyasal testlere tabi tutulmuştur. Yapılan elektrokimyasal testler sonucunda sırası ile 118 ve 68 mAsa/g'lık spesifik şarj kapasite değerleri ve 50 çevrim sonrası sırası ile %89, %99'luk kapasite korunumu elde edilmiştir. Yüksek akım yoğunluklarına ve buna bağlı olarak yüksek çevrim hızlarına çıkıldığında kapasite korunumu olarak pil hücresinin yüksek performans gösterdiği tespit edilmiştir. Bu durum pil hücresinin uzun çevrimler boyunca stabil olarak çalışması açısından olumlu bir özelliktir.Kapmaların şarj/deşarj performanslarının detaylı olarak incelenmesi için SEM, EDS, CV karakterizasyon yöntemlerinden faydalanılmıştır. Şarj/deşarj çevrimleri sonrası yapılan SEM analiz görüntüleri incelendiğinde yapısında daha fazla ve büyük boyutlu çatlaklar barındıran kaplamaların kapasite performanslarının daha düşük olduğu gözlenmiştir. EDS grafiklerinde şarj/deşarj çevrimleri sonucunda yapıdaki bileşimin genel olarak korunduğu görülmektedir. Sadece LiNi0.1Mn1.9O4 bileşimindeki kaplamanın kompozisyonunun tüm kaplama yüzeyinde homojen olmadığı görülmektedir. Bu durum sol-jel prosesi esnasında bu bileşimdeki toz için parametrelerin iyi kontrol edilemediğini göstermektedir. Buna rağmen en yüksek kapasite değeri bu numune ile elde edilmiştir. CV testleri sonucunda katılan metal miktarı arttıkça kademeli reaksiyonların gerçekleşmediği ve kapasite değerlerinde düşüş olduğu gözlenmiştir. Today, the usage of rechargeable storage systems (secondary lithium ion batteries) have been increased significantly. The importance of battery systems have been increased due to extensive usage of mobile electronic devices and demand for electric cars in all over the world. The basic reasons to prefer these systems are being light, having the best electrochemical potential and high energy density. Secondary lithium ion batteries are preferred more than other battery systems due to high energy density and rechargeable property. Today, developments on current secondary lithium ion battery technology still continue. To increase energy density, cycle life and to eliminate safety issues are the key parameters that researchers work on. Mobile electronic device and eletric car technology exist with lithium ion battery technology however, the performance expectations are excessive from lithium ion batteries depending on rapid development of device technology. Researchers mainly work on battery components (cathode, anode, seperator, electrolyte) to overcome these expectations.Main components of the system are negative electrode (anode), positive electrode (cathode), electrolyte that contains lithium salts and seperator that seperates positive and negative electrodes from each other. Lithium ions delithiate from electrodes and travel between positive and negative electrodes when lithium ion battery in operation. In state of charge, lithium ions delithiate from positive electrode structure, passes through seperator that shows permeability property to lithium ions and lithiate into negative electrode structure. In state of discharge, lithium ions delithiate from negative electrode structure, passes through seperator and lithiate into positive electrode structure as a reverse of charge condition. At the same time, free electrons move through outer circuit and supply energy to the device in which lithium ion battery is used. Lithiation and delithiation mechanisms damage the electrodes structure in time. To minimize this negative effect is the most critical subject of concern. Only in this way long cycle life can be achieved. Basicly, researchers deal with this negative effect of lithiation and delithiation mechanisms to increase battery cycle life.Mainly cathodes consist of spinel and layered structure materials. Cathodes are source of lithium ions that moves in electrolyte during lithium ion battery cycles. So that, lithium ion battery performance mostly depends on cathode performance. Commercially, LiCoO2, LiMn2O and LiFePO4 cathodes are used. Researches are based on to decrease cost and degree of environmental hazard, increase capacity and cycle life.There are several methods to improve stated properties of cathode materials. These methods are to obtain small particle size, composite material, doping, morphology control, coating, electrolyte modification. Active cathode material with smaller particle size icreases cathode surface area and capacity values accordingly. Composite cathodes are manufactured to obtain two or more positive property in the same structure. Doping method is used to minimize negative behaviour of main element in cathode by integrating different elements into the system with small amounts. Coating process is used to prevent cathode structure deformation after long cycles by forming thin film layer on main structure. Morphology control is used to control particle shape and homogenization. New electrolyte researches are made to invent an electrolyte which does not react with cathode active material. There are wide range of researches regarding preparation technology and electrochemical performance of cathode materials. Mostly, Sol-Gel method is preferred as a preparation route. The fundemantal reasons to use Sol-Gel method are to obtain homogeneous chemical composition and particle size, to process at low temperatures and durations. In addition to that preperation technology, gathering positive properties of the elements, which are used as a cation element, in one cathode material is a key technique to obtain better electrochemical results.In this study, seven active material with different stoichiometries are produced via Sol-Gel method: LiMn2O4, LiCo0.2Mn1.8O4, LiCo0.4Mn1.6O4, LiCo0.6Mn1.4O4, LiMn1.9Ni0.1O4, LiMn1.7Ni0.3O4, LiMn1.5Ni0.5O4. 100 ml Sol-Gel solutions are prepared for each powder, after 4 hours of process gel structure is obtained with 250 rpm stirring speed, pH value of 7 and 80 °C solution temperature. Obtained gel sctucture is dried at 100 °C for 24 hours. After drying process, the sample is calcined and crystallized at 800-850 °C with a certain heating ramp to obtain final crystallographic structure. Under 800-850 °C, the calcination and crystallization process is not enough to obtain exact powder stoichiometry and crystallographic structure. The reason to choose seven spesific compositions are to investigate different cation effect (cobalt and nickel) and cation amount on electrochemical capacity and cycle life. XRD, SEM, EDS techniques are used to understand the effect of active material amount to the charge/discharge performances. XRD graphs show that active powders do not contain any impurity phases which have negative effect on capacity values, instead powders contain LiMn2-xMxO4 spinel phases primarily. In SEM images, powder particle size varies between 100 nm-1000 nm. Particles are not spherical or sharp edged instead have soft edges with facet structure. EDS analysis show that desired chemical compositions are obtained in accordance with theoretical stoichiometric calculations.Before lamination process, powder mix was obtained (which contains 80% of active powder, %10 carbon black, %10 binder) by addition of binder powder and carbon black and this powder mix was laminated on 19 µm aluminium foil. Doctor Blade method was used for lamination process. Each coating thickness was adjusted to 500 µm by Doctor Blade gauge. When binder powder is used less than a certain amount, powder mix does not stick properly on the aluminium substrate. In order to get proper sticking behaviour 10% binder powder was used for powder mix. Besides, multiple rolling of the coating favors the sticking behaviour. In addition to that, rolling operation will contribute to cycle life of batteries during high current density experiments. Stereo microscope was used to obtain images of the coatings. Stereo microscope images represent that all coatings have homogenious distributed cracks. Luckily, after cycle EDS analysis do not show any aluminium (substrate) peaks. Coatings were cut according to the lithium ion cell dimensions and half lithium ion cells were assembled. Charge/Discharge performance of cathode materials were studied with 25, 50, 100 mA/g current density respectively. Charge/Discharge graphs show that, the active material with Ni additive has the highest charge capacity value. Active material with stoichiometry of LiMn1.9Ni0.1O4 exhibits 126 mAh/g specific charge capacity value at 25 mA/g current density. This capacity value is 85% of LiMn2O4 theoritical charge capacity (148 mAh/g). Additionally, 85% capacity retention was obtained after 30 cycles. Active material of same composition was tested with 50 mA/g and 100 mA/g current densities. This composition was choosed due to highest capacity value among the other compositions. Charge/discharge electrochemical graphs show that 118 and 68 mAsa/g first charge specific capacity were obtained respectively and %89, %99 capacity retentions were obtained after 50 cycles. The capacity retention values tend to increase with increasing current density (which also means high cycle speed). This behaviour is promising to have stable cell structure after many charge/discharge cycles.SEM, EDS, CV characterization techniques were used to investigate charge/discharge performances in detail. Coatings with low capacity performances have more and oversized cracks in SEM images. EDS graphs show that composition of the structure are stable generally. However, the powder with composition of LiNi0.1Mn1.9O4 does not have homogenious composition in all the surface of coating. This condition explains that sol-gel parameters were not constant during all process for this powder. Even so best electrochemical performances were obtained with that powder. CV results show that two stage reactions do not occur and capacity values get lower with increasing doping amount. 112

Son yıllarda doğrudan döküm (DD) yöntemine alternatif olarak gerek makine yatırım maliyetinin gerekse üretim maliyetlerinin düşüklüğü nedeniyle ikiz merdane döküm (İMD) yöntemi ön plana çıkmaktadır.Bu çalışmada ikiz merdaneli sürekli döküm yöntemiyle üretilmiş AA3104 alaşımlı levhalar (7,20 mm) soğuk haddeleme ve tavlama işlemleri ile nihai ürün (0,20 mm) haline getirilmiştir. Döküm kalınlığından farklı kalınlıklara indirilen malzemelere (4,35 ve 5,80 mm) aynı sürelerde farklı homojenizasyon (480 ve 550°C) tavları yapılarak 'H0 ve H19' kondüsyonunda 4 farklı ürün elde edilmiştir. Elde edilen ürünlerin mekanik özellikleri (akma-çekme mukavemeti, anizotropi katsayısı) çekme ve erichsen testi uygulanarak; mikroyapılarındaki değişiklik ise ışık mikroskobu altında yapılan inceleme ile belirlenmiştir. In this study, AA3104 alloy plates (7.20 mm) are produced by the twin -roll continuous casting method and cold rolling and annealing operations and the final product ( having thickness 0.20 mm ) have been obtained. Casting thickness reduced to different thicknesses (4.35 and 5.80 mm) have gone through homogenization annealing (480 and 550 ° C) therefore 4 different products with temper H0 and H19 were obtained. Mechanical properties of the products (yield - tensile strength, anisotropy coefficient) were investigated by applying tensile and Erichsen tests; and the changes in the microstructure was determined by light microscope. 108

Bu çalışmanın amacı, çevre etiği farkındalık ölçeğinin geliştirilmesi ve fen bilgisi öğretmen adaylarının çevre etiğine yönelik farkındalık düzeylerinin belirlenmesidir. Çalışmanın evrenini Türkiye'deki devlet üniversitelerinde eğitim gören fen bilgisi öğretmen adayları oluşturmaktadır. Çalışmanın örnekleminde Türkiye İstatistik Kurumu (TÜİK)'nun oluşturduğu istatistikî bölge sınıflandırılmasına göre düzey 1 (12 bölge birimleri) dikkate alınmıştır. Araştırmanın örneklemini bu sınıflamaya giren, fen bilgisi öğretmenliği bölümü olan birer üniversite seçilmek şartıyla, 2013-2014 eğitim öğretim yılının bahar döneminde toplam 12 üniversitede eğitim gören 1023 öğretmen adayı oluşturmaktadır. Araştırmada veri toplama aracı olarak araştırmacı tarafından geliştirilen 'Çevre Etiği Farkındalık Ölçeği' kullanılmıştır. Veri analizinde SPSS (Statistical Package for the Social Science) ve LISREL paket programı kullanılmıştır. Ölçek geliştirme aşamasında açımlayıcı ve doğrulayıcı faktör analizi; istatistiksel veri analizinde t-Testi ve tek yönlü faktör analizi (ANOVA) kullanılmıştır. Ölçek üzerinde yapılan analizler sonucunda cronbach alfa güvenilirlik kat sayısı 0.95 olarak bulunmuştur. Yapılan doğrulayıcı faktör analizine göre; RMSEA 0.070; CFI 0.96; AGFI 0.86; NFI 0.95 olarak tespit edilmiştir. Araştırmanın bulguları sonucunda geçerli ve güvenilir bir ölçek geliştirilmiştir. Elde edilen bulgular ışığında araştırmaya katılan kız öğrenciler ile erkek öğrenciler arasında t-testi sonucunda anlamlı farklılık bulunmuştur (t(1021)=4.292; p.05). Üniversite seviyesine göre yapılan varyans analiz sonuçları arasında da anlamlı farklılık bulunmuştur (F(11-1011)=51.215; p.05). No significant difference was also found as a result of the variance analysis conducted in relation to university (F(11-1011)=51.215; p

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2014, Thesis () -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2014, Günümüzde lityum iyon pillerin enerji yoğunluğunun ve çevrimsel ömrünün arttırılması bunun yanında da güvenli kullanımlarının sağlanabilmesi konusunda yoğun çalışmalar sürdürülmektedir. Temel bir lityum iyon pili, pozitif bir elektrot (katot), negatif bir elektrot (anot), çözünmüş tuzlar içeren bir elektrolit (çözelti ya da katı) ve iki elektrotu birbirinden ayıran bir separatörden meydana gelmektedir. Katotlar pil reaksiyonları sırasında anoda gidecek olan lityum iyonları için kaynak teşkil ederler. Buna bağlı olarak, katot malzemelerinin fizksel, yapısal ve elektrokimyasal özellikleri pilin toplam performansı üzerinde büyük önemi vardır.Bu çalışma kapsamında ticari LiCoO2 katot malzemesine alternatif olarak düşünülebiliecek LiNi0.8Co0.2O2 katot yapıları sol-jel üretim yönteminde farklı jelleştirme ajanları; adipik asit, sitrik asit ve oksalik asit kullanılarak üretilmiş ve farklı kalsinasyon sıcaklıklarında(600,700, 800 °C ve farklı sürelerde) kristal yapının nasıl değiştiği gözlemlenmiştir. LiNi0.8Co0.2O2 malzemesinin seçilme amacı LiNiO2 ve LiCoO2 malzemelerinin avantajlarını tek malzemede birleştirerek çevreye daha az zararlı etkileri bulunan ve daha stabil bir yapıya sahip olan katot malzemesi üretmektir. Üretilmiş olan tozların yüzeyleri elektrokimyasal performansı ve çevrim dayanıklılığını arttırmak amacıyla SnO2 yapıları ile modifiye edilmeye çalışılmış (sol-jel ve mekanik yolla) ve katotların performanslarına olan etkileri incelenmiştir. Farklı jelleştirme ajanları ve proses parametreleriyle üretilen tozların XRD, SEM ve BET analizi ile karakterizasyonları gerçekleştirilmiş, proses parametrelerinin malzeme yapılarına olan etkileri incelenmiştir. Seçilen tozlara, jelleştirme ajanlarının, kalsinasyon sıcaklığının ve modifikasyonların etkilerini görmek amacıyla elektrokimyasal çevrim testleri uygulamıştır. Elektrokimyasal testler sonucunda, prekürsörlere ve proses parametrelerine bağlı olarak malzeme yapısının değiştikçe, çevrimsel performans ve kararlılığın değiştiği, bununla birlikte sol jel yönteimi ile üretilen SnO2 yüzey modifikasyonunun mekanik yolla üretilen modifikasyona nazaran LiNi0.8Co0.2O2 katot malzemesinin performansına ve çevrim dayanıklılığına daha olumlu yönde katkıda bulunduğu gözlemlenmiştir., Since the commercialization of lithium secondary batteries in the early of 1990s, their development has been rapid. Nowadays, improving the production technology and electrochemical performance of their electrode materials is a major focus for researchers and companies. This study focused on the production of a cathode material ‘LiNi0.8Co0.2O2’ improved with a metal oxide ‘SnO2 surface modification’ to obtain improved cycling and better electrochemical performance lithium ion batery. By using sol-gel technique with using different chealating agents and synthesis conditions, various structured LiNi0.8Co0.2O2 powders are produced. Modification applied on the powders produced with two different methods. By sol-gel technique and mechanical mixing methods, tin oxide coating with different molarities are made on chosen powders.These powders are examined with XRD, SEM and BET analyses. Obtained bare and modified powders are laminated on aluminum foils with an automatic laminaton system and punched as a cathode material. This cathode materials used in coin cells and their electrochemical measuraments have been performed. Results showed that sol-gel modified powders have higher initial capacity and better capacity retention than the mechanically modified and the bare powders. Sol-gel modified samples have had more stable cycle characteristic and they have not shown immediate capacity falling even at higher C rates. SnO2 (2.5 % wt) sol-gel modified LiNi0.8Co0.2O2 powders have given the best electrochemical performance., Yüksek Lisans

Günümüzde lityum iyon pillerin enerji yoğunluğunun ve çevrimsel ömrünün arttırılması bunun yanında da güvenli kullanımlarının sağlanabilmesi konusunda yoğun çalışmalar sürdürülmektedir. Temel bir lityum iyon pili, pozitif bir elektrot (katot), negatif bir elektrot (anot), çözünmüş tuzlar içeren bir elektrolit (çözelti ya da katı) ve iki elektrotu birbirinden ayıran bir separatörden meydana gelmektedir. Katotlar pil reaksiyonları sırasında anoda gidecek olan lityum iyonları için kaynak teşkil ederler. Buna bağlı olarak, katot malzemelerinin fizksel, yapısal ve elektrokimyasal özellikleri pilin toplam performansı üzerinde büyük önemi vardır.Bu çalışma kapsamında ticari LiCoO2 katot malzemesine alternatif olarak düşünülebiliecek LiNi0.8Co0.2O2 katot yapıları sol-jel üretim yönteminde farklı jelleştirme ajanları; adipik asit, sitrik asit ve oksalik asit kullanılarak üretilmiş ve farklı kalsinasyon sıcaklıklarında(600,700, 800 °C ve farklı sürelerde) kristal yapının nasıl değiştiği gözlemlenmiştir. LiNi0.8Co0.2O2 malzemesinin seçilme amacı LiNiO2 ve LiCoO2 malzemelerinin avantajlarını tek malzemede birleştirerek çevreye daha az zararlı etkileri bulunan ve daha stabil bir yapıya sahip olan katot malzemesi üretmektir.Üretilmiş olan tozların yüzeyleri elektrokimyasal performansı ve çevrim dayanıklılığını arttırmak amacıyla SnO2 yapıları ile modifiye edilmeye çalışılmış (sol-jel ve mekanik yolla) ve katotların performanslarına olan etkileri incelenmiştir. Farklı jelleştirme ajanları ve proses parametreleriyle üretilen tozların XRD, SEM ve BET analizi ile karakterizasyonları gerçekleştirilmiş, proses parametrelerinin malzeme yapılarına olan etkileri incelenmiştir. Seçilen tozlara, jelleştirme ajanlarının, kalsinasyon sıcaklığının ve modifikasyonların etkilerini görmek amacıyla elektrokimyasal çevrim testleri uygulamıştır. Elektrokimyasal testler sonucunda, prekürsörlere ve proses parametrelerine bağlı olarak malzeme yapısının değiştikçe, çevrimsel performans ve kararlılığın değiştiği, bununla birlikte sol jel yönteimi ile üretilen SnO2 yüzey modifikasyonunun mekanik yolla üretilen modifikasyona nazaran LiNi0.8Co0.2O2 katot malzemesinin performansına ve çevrim dayanıklılığına daha olumlu yönde katkıda bulunduğu gözlemlenmiştir. Since the commercialization of lithium secondary batteries in the early of 1990s, their development has been rapid. Nowadays, improving the production technology and electrochemical performance of their electrode materials is a major focus for researchers and companies. This study focused on the production of a cathode material 'LiNi0.8Co0.2O2' improved with a metal oxide 'SnO2 surface modification' to obtain improved cycling and better electrochemical performance lithium ion batery. By using sol-gel technique with using different chealating agents and synthesis conditions, various structured LiNi0.8Co0.2O2 powders are produced. Modification applied on the powders produced with two different methods. By sol-gel technique and mechanical mixing methods, tin oxide coating with different molarities are made on chosen powders.These powders are examined with XRD, SEM and BET analyses. Obtained bare and modified powders are laminated on aluminum foils with an automatic laminaton system and punched as a cathode material. This cathode materials used in coin cells and their electrochemical measuraments have been performed. Results showed that sol-gel modified powders have higher initial capacity and better capacity retention than the mechanically modified and the bare powders. Sol-gel modified samples have had more stable cycle characteristic and they have not shown immediate capacity falling even at higher C rates. SnO2 (2.5 % wt) sol-gel modified LiNi0.8Co0.2O2 powders have given the best electrochemical performance. 93

Bu çalışmada hidrojenin ulaşım araçlarında yakıt olarak kullanılmasının önündeki en büyük engel olan depolanmasına çözüm olarak geliştirilen çok yüksek yüzey alanına sahip metal-organik kafeslerin, yeni geliştirilen nano gözenekli bir örneğinin farklı ortalama tane boyutuna sahip iki numunesinin hidrojen depolama özellikleri incelenmiştir. Hidrojenin, yeterli oranlarda depolanması oda sıcaklığında henüz mümkün olmadığından, malzemelerin hidrojen depolama testleri kriyojenik sıcaklıklarda gerçekleştirilmiştir. Birbirinden farklı 5 kriyojenik sıcaklıkta gerçekleştirilen hidrojen adsorpsiyon verilerinden yola çıkılarak hidrojenin bu malzemelerdeki adsorpsiyon ısısı hesaplanmıştır. Kinetik verilerden yola çıkılarak hidrojenin malzeme içerisinde difüzyonu ölçülmüştür. Difüzyon denklemi, Fick' in ikinci yasasından yola çıkılarak gözenekli malzemelerin gerektirdiği uygun başlangıç ve sınır koşullarının yerleştirilmesiyle elde edilmiştir. Sonuç olarak, küçük ortalama tane boyutuna sahip olan numunenin, ortalama tane boyutu büyük olana göre hidrojeni daha hızlı depoladığı görülmüştür. Hydrogen is a promising energy carrier for use in mobile applications, because of its high energy content. To solve the storage problem of hydrogen in vehicles a new kind of materials have been developed with high surface area, metal-organic frameworks. In this study, hydrogen adsorption properties of two samples of a nanoporous metal-organic material that they differ from each other by only average grain size, have been studied. Hydrogen adsorption by porous materials at room temperature, is very low. Therefore, the measurements have been performed at five different cryogenic temperatures, which allows a reliable determination of heat of adsorption of hydrogen. Diffusion equation has been obtained from Fick's second law, by employing appropriate initial and boundary conditions for porous materials. As a result, an unexpected difference in hydrogen uptake between the samples has been observed, and it is found that hydrogen diffusion is faster in the sample with small average grain size than the sample with large average grain size. 129

Bu çalışmada, düğme tipi (saat pili) ve üç elektrotlu elektrokimyasal empedans spektroskopi (EIS) ölçümlerine olanak sağlayan Swagelok T tipi LiFePO4/Grafit lityum iyon pilleri kullanılarak farklı cevrim sayılarının ve farklı cevrim parametrelerinin (voltaj, akım ve sıcaklık) kullanıldığı galvanostatik cevrim testleri ile LiFePO4 katot malzemesinin yaslanma davranışı incelenmiştir. Bu cevrim testlerinden sonra pilin ve LiFePO4 katot malzemesinin empedanslarındaki değişimleri incelemek için EIS ölçümlerinden yararlanılmıştır. EIS ölçümlerini takiben LiFePO4 katot malzemesi üzerinde gerçekleştirilen bir dizi karakterizasyon analizi ( Raman, XRD ve SEM) ile yaslanmanın LiFePO4 üzerindeki etkileri incelenmiştir. Yapılan bu çalışımlar sonucu; yüksek şarj ve deşarj akımlarının katot malzemesinin ulaşabildiği kapasite değerlerini ve kapasite düşüş karakteristiğini olumsuz yönde etkilediği anlaşılmış ve kapasite düşüşündeki ana etkenin lityum iyon batarya içerisindeki aktif lityum iyon miktarındaki azalma olduğu belirlenmiştir. Lityum iyon bataryanın toplam empedansındaki en büyük katkının katot malzemesi kaynaklı olduğu fakat çevrimler sonrası meydana gelen empedans artışında katot malzemesinin rolünün diğer bileşenlere göre daha az olduğu anlaşılmıştır. Bir cevrim süresince meydana gelen LiFePO4 ile FePO4 arasındaki çift taraflı faz dönüşümlerinin kristal kafeste değişikliklere yol açtığı fakat artan çevrim sayısının LiFePO4 kristal yapısında fazla bir değişikliğe yol açmadığı buna karşın çok kullanım süresince çok sayıda tekrarlanan bu faz dönüşümlerinin aktif malzemede iç gerilmelere ve yorulmaya yol açabileceği bununda cevrim testlerinden sonra gerçekleştirilen karakteriyaszon analizleri sonucu LiFePO4 partiküllerinde gözlemlenen mikro çatlakların, yüzey bozulmalarının ve katot yüzeyindeki karbon kaplamadaki kalite düşüşünün nedeni olabileceği kanısına varılmıştır. Buna ilaveten sıcaklık artışının katot malzemesinin ulaşabileceği maksimum kapasiteyi artırıcı etkisi olduğu fakat aynı zamanda kapasite düşüşünü ve empedans artışını tetiklediği görülmüştür. In this study, galvanostatic cycle tests having different number of cycles have been carried out using coin cells and Swagelok T cells, which have been used to make three-electrode electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurements, in order to clarify the ageing effects on a commercial LiFePO4 cathode material. Also, cycle tests using different cycling parameter (current, voltage, and ambient temperatures) have been performed to identify the effects of these parameters on capacity fading. After cycle tests, EIS measurements have been conducted to determine impedance changes in the lithium ion battery and on the cathode material. After cycle tests and EIS measurements, a series of qualitative analysis (XRD, Raman, and SEM) have been conducted on the LiFePO4 cathode material. After all these measurements; high charge current was found to affect the reachable capacity and capacity fading characteristic profoundly. Additionally, loss of cyclable lithium was found to be the main reason for capacity fading during ageing, followed by accelerated deformation of the LiFePO4 cathode material and the deformation of carbon coating towards the end of the cycle tests. The LiFePO4 cathode material was found as the main reason for impedance of the lithium ion batteries. On the other hand, Swagelok T cells measurements was indicated an impedance increase of lithium ion batteries after cycle tests is not directly related with the LiFePO4. In addition, temperature rise was observed as activator to increase rechargeable capacity but it leads to an increment of impedance and capacity fading at the same time. 109

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2013, Bu çalışmada, düğme tipi (saat pili) ve üç elektrotlu elektrokimyasal empedans spektroskopi (EIS) ölçümlerine olanak sağlayan Swagelok T tipi LiFePO4/Grafit lityum iyon pilleri kullanılarak farklı cevrim sayılarının ve farklı cevrim parametrelerinin (voltaj, akım ve sıcaklık) kullanıldığı galvanostatik cevrim testleri ile LiFePO4 katot malzemesinin yaslanma davranışı incelenmiştir. Bu cevrim testlerinden sonra pilin ve LiFePO4 katot malzemesinin empedanslarındaki değişimleri incelemek için EIS ölçümlerinden yararlanılmıştır. EIS ölçümlerini takiben LiFePO4 katot malzemesi üzerinde gerçekleştirilen bir dizi karakterizasyon analizi ( Raman, XRD ve SEM) ile yaslanmanın LiFePO4 üzerindeki etkileri incelenmiştir. Yapılan bu çalışımlar sonucu; yüksek şarj ve deşarj akımlarının katot malzemesinin ulaşabildiği kapasite değerlerini ve kapasite düşüş karakteristiğini olumsuz yönde etkilediği anlaşılmış ve kapasite düşüşündeki ana etkenin lityum iyon batarya içerisindeki aktif lityum iyon miktarındaki azalma olduğu belirlenmiştir. Lityum iyon bataryanın toplam empedansındaki en büyük katkının katot malzemesi kaynaklı olduğu fakat çevrimler sonrası meydana gelen empedans artışında katot malzemesinin rolünün diğer bileşenlere göre daha az olduğu anlaşılmıştır. Bir cevrim süresince meydana gelen LiFePO4 ile FePO4 arasındaki çift taraflı faz dönüşümlerinin kristal kafeste değişikliklere yol açtığı fakat artan çevrim sayısının LiFePO4 kristal yapısında fazla bir değişikliğe yol açmadığı buna karşın çok kullanım süresince çok sayıda tekrarlanan bu faz dönüşümlerinin aktif malzemede iç gerilmelere ve yorulmaya yol açabileceği bununda cevrim testlerinden sonra gerçekleştirilen karakteriyaszon analizleri sonucu LiFePO4 partiküllerinde gözlemlenen mikro çatlakların, yüzey bozulmalarının ve katot yüzeyindeki karbon kaplamadaki kalite düşüşünün nedeni olabileceği kanısına varılmıştır. Buna ilaveten sıcaklık artışının katot malzemesinin ulaşabileceği maksimum kapasiteyi artırıcı etkisi olduğu fakat aynı zamanda kapasite düşüşünü ve empedans artışını tetiklediği görülmüştür., In this study, galvanostatic cycle tests having different number of cycles have been carried out using coin cells and Swagelok T cells, which have been used to make three-electrode electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurements, in order to clarify the ageing effects on a commercial LiFePO4 cathode material. Also, cycle tests using different cycling parameter (current, voltage, and ambient temperatures) have been performed to identify the effects of these parameters on capacity fading. After cycle tests, EIS measurements have been conducted to determine impedance changes in the lithium ion battery and on the cathode material. After cycle tests and EIS measurements, a series of qualitative analysis (XRD, Raman, and SEM) have been conducted on the LiFePO4 cathode material. After all these measurements; high charge current was found to affect the reachable capacity and capacity fading characteristic profoundly. Additionally, loss of cyclable lithium was found to be the main reason for capacity fading during ageing, followed by accelerated deformation of the LiFePO4 cathode material and the deformation of carbon coating towards the end of the cycle tests. The LiFePO4 cathode material was found as the main reason for impedance of the lithium ion batteries. On the other hand, Swagelok T cells measurements was indicated an impedance increase of lithium ion batteries after cycle tests is not directly related with the LiFePO4. In addition, temperature rise was observed as activator to increase rechargeable capacity but it leads to an increment of impedance and capacity fading at the same time., Yüksek Lisans, M.Sc.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2013, Bu çalışmada hidrojenin ulaşım araçlarında yakıt olarak kullanılmasının önündeki en büyük engel olan depolanmasına çözüm olarak geliştirilen çok yüksek yüzey alanına sahip metal-organik kafeslerin, yeni geliştirilen nano gözenekli bir örneğinin farklı ortalama tane boyutuna sahip iki numunesinin hidrojen depolama özellikleri incelenmiştir. Hidrojenin, yeterli oranlarda depolanması oda sıcaklığında henüz mümkün olmadığından, malzemelerin hidrojen depolama testleri kriyojenik sıcaklıklarda gerçekleştirilmiştir. Birbirinden farklı 5 kriyojenik sıcaklıkta gerçekleştirilen hidrojen adsorpsiyon verilerinden yola çıkılarak hidrojenin bu malzemelerdeki adsorpsiyon ısısı hesaplanmıştır. Kinetik verilerden yola çıkılarak hidrojenin malzeme içerisinde difüzyonu ölçülmüştür. Difüzyon denklemi, Fick in ikinci yasasından yola çıkılarak gözenekli malzemelerin gerektirdiği uygun başlangıç ve sınır koşullarının yerleştirilmesiyle elde edilmiştir. Sonuç olarak, küçük ortalama tane boyutuna sahip olan numunenin, ortalama tane boyutu büyük olana göre hidrojeni daha hızlı depoladığı görülmüştür., Hydrogen is a promising energy carrier for use in mobile applications, because of its high energy content. To solve the storage problem of hydrogen in vehicles a new kind of materials have been developed with high surface area, metal-organic frameworks. In this study, hydrogen adsorption properties of two samples of a nanoporous metal-organic material that they differ from each other by only average grain size, have been studied. Hydrogen adsorption by porous materials at room temperature, is very low. Therefore, the measurements have been performed at five different cryogenic temperatures, which allows a reliable determination of heat of adsorption of hydrogen. Diffusion equation has been obtained from Fick s second law, by employing appropriate initial and boundary conditions for porous materials. As a result, an unexpected difference in hydrogen uptake between the samples has been observed, and it is found that hydrogen diffusion is faster in the sample with small average grain size than the sample with large average grain size., Yüksek Lisans, M.Sc.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2011, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2011, Bu çalışmada açık hücreli titanyum ve Ti-6Al-4V köpük elde etmek için çamur köpüklendirme (polimer sünger daldırma) yöntemi kullanılmıştır. Çamur köpüklendirme yöntemi çamur hazırlama, polimer sünger (PU sünger) daldırma, kurutma, PU sünger giderme ve sinterleme adımlarından oluşmaktadır. Çamur hazırlama işleminde; çamur viskozitesini ayarlamak için bağlayıcı olarak PVA, metalik toz olarak -325 mesh tane boyutuna sahip TiH2 ve Ti-6Al-4V toz, çökelmeyi engelleyip çamurun homojen karışması için seyreltici olarak polikarboksilik asit (Dolapix PC67) kullanılmıştır. Bu işlemde çamurun viskozitesini ayarlamak çok önemlidir. Hazırlanan çamur içine PU sünger daldırılarak süngerin homojen şekilde çamur ile kaplanması sağlanmıştır. Kaplanan PU süngerler oda sıcaklığı ve etüvde kurutulmuş, argon atmosferli fırında ve argon atmosferli vakumlu fırında PU sünger giderme ve sinterleme işlemleri yapılmıştır. Üretilen köpük numunelerin porozite miktarları % 81-88 aralığında hesaplanmış, SEM ve ışık mikoskobu kullanılarak mikroyapıları incelenmiş ve köpüklerin makro gözenekleri 746-830 μm aralığında hesaplanmıştır. XRD ile köpüklerin faz analizleri incelenmiş olup Ar atmosferinde üretilen köpüklerde TiO2 oluştuğu, Ar atmosferi ve vakum ortamında üretilen köpüklerde Ti yapının korunduğu fakat yüzeyde Ti(O, C, N) bileşiği oluştuğu görülmüştür. Vickers sertlik değerleri 436-1045 HV aralğında ölçülmüştür., In this study, slurry foaming (polymeric foam impregnation) method was used in order to obtain open cellular titanium and Ti-6Al-4V foam. Slurry foaming method consists of slurry preparation, polymer sponge (PU ponge) immersing, drying, removal of PU sponge and sintering processes. In slurry preparation process, PVA as binder to adjust viscosity of slurry, TiH2 ve Ti-6Al-4V powders with powder size of -325 mesh as metallic powder, dispersant (Dolapix PC 67) to prevent sedimentation were used. It is crucial to adjust viscosity of slurry. PU sponge was immersed into prepared slurry and sufficient coating must be provided. Coated PU sponge was dried at room temperature and oven, then this sample was heat treated in order to remove PU sponge and sinter at horizontal tube furnace with argon atmosphere or vacuum furnace. Produced Ti and Ti-6Al-4V foams were analysed morphology of foam using scanning electron microscopy (SEM) and optical light microscope and size of macropores were calculated as 746-830 μm. Porosity was measured as % 81-88. In production of Ti and Ti-6Al-4V foams, XRD analysis were carried out to determine foam phase analysis and sintered under Ar atmosphere foams were formed TiO2 and under Ar atosphere and vacuum were protected Ti structure but on the surface Ti(O, C, N) compound formed. Hardness of foams was measured as 436-1045 HV., Yüksek Lisans, M.Sc.

Çalışmada, farklı işlem koşullarında tek atış olarak lazer uygulamasının termal bariyer kaplama (TBK) yüzeyine, mikroyapısına ve termal olarak büyüyen oksit tabakasının (TGO) büyümesi üzerine etkileri araştırılmıştır. TBK sistemi AISI 321 kodlu paslanmaz çelik altlık malzemesi üzerine yüksek hızlı oksi-yakıt (HVOF) ile spreylenen MCrAlY (M: Ni ve/veya Co) bağlantı katmanı ve atmosferik plazma spreyleme ile püskürtülen seramik üst katmandan (8 %ağ. yitriya ile stabilize edilmiş zirkonyum) oluşmaktadır. Termal bariyer kaplanan numunelere farklı işlem koşullarında tek atış olarak sürekli CO2 lazer uygulanmıştır. Lazer uygulaması sonrasında tüm numuneler hava ortamında 1100 0C'de 50, 100 ve 200 saat olmak üzere oksidasyon testine maruz bırakılmıştır. Numunelerin yüzeyleri ve kesitleri hazırlanarak mikroyapısal değişimleri optik ve alan emisyon tabancası-tarama elektron mikroskobunda (FEG-SEM) incelenmiştir. Oksit oluşumlarını, zirkonyumun faz kararlılığını tespit etmek için XRD ve elementel analiz için EDS analizleri kullanılmıştır. In this study, the effects of laser treatment with single shot at different operating conditions on thermal barrier coating (TBC) surface, microstructure and thermally grown oxide (TGO) growth are investigated. The TBC system consisted of a metallic (MCrAlY) BC deposited by high velocity oxy-fuel (HVOF) system on AISI 321 stainless steel substrate and ceramic (8wt % yttria-stabilized zirconia) top coat deposited by air plasma spray (APS). The TBC deposited specimens are exposed to continious wave CO2 laser at different operating conditions by single shot. After deposition of TBC and laser treatment, both as sprayed and laser treated specimens are exposed to thermal oxidation test and heated in air environment for 50, 100 and 200 hours at 1100 0C. As sprayed and laser treated coatings? surfaces and cross-sections were prepared and examined with optical microscope and Field emission gun-scanning electron microscope (FEG-SEM) in order to determine microstructural modifications. Energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS) and x-ray diffractometry (XRD) are used in order to make elemental analyses, to observe oxide formations and phase stability of zirconia. 116

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2011, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2011, Lityum iyon pilleri uzun kullanım ve raf ömrü, geniş kullanım sıcaklık aralığı, hızlı şarj edilebilirlik, yüksek enerji verimliliği gibi özellikleriyle son zamanlarda öne çıkan güç kaynaklarındandır. Lityum iyon pilleri, elektronik cihazların sürekli olarak küçülmesi sebebiyle mikro güç kaynaklarına olan ihtiyacı karşılayabilecek özelliklere sahiptir. Ancak lityum metalinin ergime sıcaklığının düşük olması (181 ⁰C) ve çok reaktif bir malzeme olması sebebiyle anot malzemesi olarak üretilmesi zordur. Bu nedenle lityum iyon pillerinde alternatif anot malzemelerinin kullanılması araştırma konusudur. Bu alternatif anot malzemeleri arasında Sn, SnO2, Sn-bazlı sistemler öne çıkmaktadır. Çünkü kalay, lityum ile kolay ve tersinir olarak reaksiyona girebilmekte ve oldukça yüksek gravimetrik ve hacimsel teorik kapasiteye ulaşmaktadır. Ancak saf kalay oldukça aktif olduğundan, şarj/deşarj olayı sırasında hacim genleşmesine sebep olmaktadır. Bu durum pil ömrünün azalmasına neden olur. Bunun önüne geçebilmek için Li-Sn sistemine Ag eklemek ve anot malzemesini gözenekli ince film olarak üretmek mümkündür. Bu çalışmada, Li-iyon pillerinde anot malzemesi olarak kullanılmak üzere Sn, SnO2 ve Ag katkılı Sn-Ag malzemeleri elektron demeti ile fiziksel buharlaştırma (EB PVD) yöntemi ile Cu altlık malzeme üzerinde biriktirilerek düzenli nano gözenekli ve gözeneksiz ince film olarak üretilmiştir. Ag katkılı Sn-Ag sisteminde, Ag3Sn intermetalik bileşiği oluşturulmuştur. Üretilen ince film anot malzemelerinin yüzey morfolojisi, kimyasal kompozisyonu ve kristal yapısı sırası ile, SEM, EDS ve XRD cihazları ile karakterize edilmiştir., Li-ion batteries are the most studied power sources because of the properties of long cycle and shelf life, broad temperature range of operation, rapid charge capability and high coulombic and energy efficiency. The continuous miniaturization of electronic devices has led to the growing demands of micro power sources. Lithium ion batteries have the properties of satisfying the demand for thin power sources. However, it is difficult to produce lithium metal as an anode material because it has low melting point (181⁰C) and it is highly reactive with air. For this reason, alternative anode materials are investigated. Sn, SnO2 and Sn-based systems are the most attractive anodes among alternative anode materials since tin is easily and reversibly alloys with Li atoms and it has high gravimetric and volumetric specific theoretical capacities. However, it will be the volume expansion during the charge/discharge process because pure tin is highly reactive. Therefore, battery cycle life will be shorter. To prevent this volume expansion it is possible to dop Ag in the Sn-Li system and to produce anode material as a porous thin film. In this study, Sn, SnO2, Ag-Sn materials were deposited on the Cu substrate as nanoporous and nonporous thin film anodes by electron beam evaporator for lithium ion batteries. It was achieved that Ag3Sn intermetallic phase in the Sn-Ag system by dopping Ag. To characterize of the surface morphology, chemical composition and crystal structure of thin film anodes, SEM, EDS and XRD analyses were used respectively., Yüksek Lisans, M.Sc.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2011, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2011, Bu çalışmada; çamur köpüklendirme (polimer emdirme) yöntemi kullanılarak açık hücreli alüminyum ile %2 ve %4 bakır takviyeli alüminyum köpük üretilmiş ve üretilen köpüklerin karakterizasyonları yapılmıştır. İlk olarak; belirli bir sıcaklığa kadar ısıtılan saf su içerisinde polivinil alkol çözündürüldükten sonra metal tozları da eklenerek bir çamur karışımı hazırlanmıştır. Belirli ebatlarda kesilen açık hücreli poliüretan sünger bu karışıma daldırılarak çamur karışımı ile kaplanmıştır. Çamur karışımı ile kaplanan köpükler önce oda sıcaklığında, ardından da etüvde kurutulmuş ve son olarak da poliüretan sünger giderilerek, yapı sinterlenmiştir. Çalışmada, %51-%60 katı oranına sahip çamur karışımları hazırlanmış, yapılan viskozite ve sedimentasyon testleri sonucunda en ideal çamur reçetesinin % 60 katı oranına sahip olan çamur karışımına ait olduğu tespit edilmiştir. Bu ideal çamur karışımı kullanılarak üretilen açık hücreli köpüklerin arşimet prensibine göre yoğunlukları 0,12-0,19 gr/cm3 arasında ve porozite değerleri % 93,2-%95,5 arasında hesaplanmıştır. Makro ve mikro yapıları incelenen açık hücreli köpüklerin XRD analizleri yapılarak; bakır takviyeli alüminyum köpüklere normal atmosfer şartlarında yapılan sinterlemeler sonucunda bakır takviyeli alüminyum köpüklerin yapılarında; CuO ve Cu2O oluştuğu, argon atmosferinde yapılan sinterlemelerde ise bu bakır oksit yapılarının azaldığı görülmüştür. Son olarak açık hücreli alüminyum köpüklerin Vickers sertlikleri 30,6-34,7 HV aralığında ölçülmüştür., In this study we produced open cell aluminum, %2 and %4 copper additional aluminum foam with slurry method (polymer impregnation) and were characterised. In this method; we solubilized polyvinyl alcohol in distile water which is heated at specified temperature then we added metal powder in this mixture and made a slurry. Polyurethane foam which is cut at specified dimensions was impregnated in the slurry and polyurethane foam was coated. The coated foams were dried at room temperature then in drying oven. Lastly polyurethane burned out and metal foam was sintered. In this study, %51-%60 solid ratio slurries have been prepared. As a result of viscosity and sedimentation test, % 60 solid ratio slurry have been determined as optimal slurry receipt. Open cell foams densities by principal of Archimed have been calculated in the range of 0,12-0,19 gr/cm3 and the porosity values have been calculated within % 93,2- %95,5 which are produced with optimal slurry receipt. Macro and micro structures of open cell foams have been examined. As a result of XRD analyses, in the structure of copper reinforced aluminium cell foams, the occurence of CuO and Cu2O in the normal atmosphere conditions and the decrease of the ratios of CuO and Cu2O in the argon atmosphere were determined during sintering. Vickers hardness of open cell aluminum foams have been calculated within 30,6-34,7 HV., Yüksek Lisans, M.Sc.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2011, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2011, Çalışmada, farklı işlem koşullarında tek atış olarak lazer uygulamasının termal bariyer kaplama (TBK) yüzeyine, mikroyapısına ve termal olarak büyüyen oksit tabakasının (TGO) büyümesi üzerine etkileri araştırılmıştır. TBK sistemi AISI 321 kodlu paslanmaz çelik altlık malzemesi üzerine yüksek hızlı oksi-yakıt (HVOF) ile spreylenen MCrAlY (M: Ni ve/veya Co) bağlantı katmanı ve atmosferik plazma spreyleme ile püskürtülen seramik üst katmandan (8 %ağ. yitriya ile stabilize edilmiş zirkonyum) oluşmaktadır. Termal bariyer kaplanan numunelere farklı işlem koşullarında tek atış olarak sürekli CO2 lazer uygulanmıştır. Lazer uygulaması sonrasında tüm numuneler hava ortamında 1100 0C’de 50, 100 ve 200 saat olmak üzere oksidasyon testine maruz bırakılmıştır. Numunelerin yüzeyleri ve kesitleri hazırlanarak mikroyapısal değişimleri optik ve alan emisyon tabancası-tarama elektron mikroskobunda (FEG-SEM) incelenmiştir. Oksit oluşumlarını, zirkonyumun faz kararlılığını tespit etmek için XRD ve elementel analiz için EDS analizleri kullanılmıştır., In this study, the effects of laser treatment with single shot at different operating conditions on thermal barrier coating (TBC) surface, microstructure and thermally grown oxide (TGO) growth are investigated. The TBC system consisted of a metallic (MCrAlY) BC deposited by high velocity oxy-fuel (HVOF) system on AISI 321 stainless steel substrate and ceramic (8wt % yttria-stabilized zirconia) top coat deposited by air plasma spray (APS). The TBC deposited specimens are exposed to continious wave CO2 laser at different operating conditions by single shot. After deposition of TBC and laser treatment, both as sprayed and laser treated specimens are exposed to thermal oxidation test and heated in air environment for 50, 100 and 200 hours at 1100 0C. As sprayed and laser treated coatings’ surfaces and cross-sections were prepared and examined with optical microscope and Field emission gun-scanning electron microscope (FEG-SEM) in order to determine microstructural modifications. Energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS) and x-ray diffractometry (XRD) are used in order to make elemental analyses, to observe oxide formations and phase stability of zirconia., Yüksek Lisans, M.Sc.

Günümüzde yüksek kapasiteli üretim hızı ile kalın kaplamaların sahada ve otomatize üretim hatlarında uygulanabilmesine olanak sağlayan kaplama yöntemleri arasında ?ısıl püskürtme? yöntemleri dikkat çekmektedir. Isıl püskürtme yöntemleri arasında süreç kontrolü bakımından ?plazma? püskürtme yöntemi oldukça avantajlıdır.Yıllardır teknik olarak mevcut olmasına rağmen ilk günden beri deneysel ve sezgisel yöntemler ile işletilmekte olan kaplama prosesleri, insanların zorlayıcı çevre şartları altında yüksek özellikli alaşım kaplama ihtiyaçlarının artması sebebi ile genişleyen bir uygulama alanı bulmaktadır. Bu ihtiyaçlara yönelik daha hızlı ve daha kontrollü kaplamalar artık bilgisayar modelleme araçları kullanılarak üretilmeye çalışılmaktadır.Plazma püskürtme prosesinde yapılan modelleme çalışmalarında tabanca'nın nozül tasarımı, plazma arkının karakterini belirleyen katod ? anot yerleşimleri, toz enjektörü ve tabanza ağzına takılan ek aparatlar ele alınmıştır.Bu çalışmada ilk aşamada plazma püskürtme yöntemi ile itriya stabilize zirkonya tozları kullanılarak kaplamalar gerçekleştirilmiş ve kaplama esnasında tozların hız ve sıcaklıkları kaydedilmiştir. İkinci aşamada plazma püskürtme tekniğini baz alan bilgisayar modeli oluşturulmuş ve elede edilen verilerle kıyaslanmıştır. Among other thermal spraying methods which in general allow high deposition rates and thick coatings be applicable both on field and production lines, plasma spraying have its own advantage on process control where many of the researchers all around the globe have put their efforts on to improve.For many decades these methods have been technically avaible and have been applied in mass by experimental and intuitive meanings rather than with scientific approaches. By the growing demand on more specialized coatings for thougher enviroments, people have been dealing in the improvement of these processes by the aid of recent computer simulation techniques avaible in hand to catch a better understanding of the physical phenomenas and to optimize the process by all aspects.Starting with the gun and nozzle geometry (direct influence on gas flow), anode-cathode positioning (affecting arc behaviour) and influence of particle injector with some other outer shell modifications (to arrange flow outside of the nozzle) have been the topics in this research field.In this study, at first, a coating of Yttria stabilized Zirconia was produced and measurements were taken for velocities and temperatures of in-flight particles. Following this a computer model was built on these experimental datas and both of the results were compared for precision. 97

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2010, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2010, Dünyanın çeşitli yerlerinden birçok bilim adamı, geleneksel ya da geleneksel olmayan yöntemlerle geniş uygulama alanlarına sahip olan aluminyum malzemeleri üretmeye çalışmaktadır. Ancak, günümüzde kullanılan bu üretim prosesleri bazı dezavantajlara ve sınırlamalara sahip olduğu için, aluminyum üzerinde nano-şablon oluşturmak için yeni bir yöntem keşfetme ihtiyacı her zaman gündemdedir. Bu noktada, uygulanmış yüksek potansiyellerde çözünme yerine yüzeyini koruyucu oksit filmi ile kapatan aluminyumun özel elektrokimyasal davranışı önem kazanmaktadır. Bu çalışmanın amacı alüminyumun doğası gereği anodik polarizasyon sırasında oluşturduğu oksit filmin özelliklerinin incelenmesi ve elektrolit ile ilişkisinden yararlanarak üzerinde geniş bir alanda düzenli alumina nano-yapıların elde edilmesidir. Anodik polarizasyon sırasında oluşan oksit filmin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin anodun içinde bulunduğu elektrolite bağlı olduğu gerçeğinden yola çıkarak çalışma sırasında öncelikli olarak elektrolitin bileşiminin dereceli bir şekilde değiştirildiği bir takım deneyler yapılmıştır. Söz konusu deneylerin sonucunda fosforik asit ile sülfirik asit oranlarının 2:3 olduğu durumda oksit filminde „barnacle‟ şeklinde şablonların elde edildiği görülmüş, daha sonra farklı proses parametrelerinde yapılan deneyler sonucunda da desen yapıları ile farklı çalışma koşulları (elektrolit özellikleri, anot malzeme özellikleri, proses süresi ve voltaj etkisi) arasındaki ilişki değerlendirilmiştir. Anodik polarizasyon işlemi sırasında oluşan düzenli ve kararlı bu nano yapıların fiziksel ve kimyasal özellikleri SEM (EDS eklemeli) ve AFM yüzey karakterizasyon yöntemleri yapılarak tanımlanmıştır. Özet olarak, anodik oksit film üzerinde bulunan „barnacles‟ olarak adlandırılmış nano yapıların eldesi için yeni bir yöntem bu çalışma içerisinde önerilmiştir. Bu metot geleneksel veya geleneksel olmayan yöntemlere nazaran daha ucuz, daha kolay ve çeşitli üretim proseslerine daha kolay adapte edilebilir özellik göstermektedir., Yüksek Lisans, M.Sc.

Dünyanın çeşitli yerlerinden birçok bilim adamı, geleneksel ya da geleneksel olmayan yöntemlerle geniş uygulama alanlarına sahip olan aluminyum malzemeleri üretmeye çalışmaktadır. Ancak, günümüzde kullanılan bu üretim prosesleri bazı dezavantajlara ve sınırlamalara sahip olduğu için, aluminyum üzerinde nano-şablon oluşturmak için yeni bir yöntem keşfetme ihtiyacı her zaman gündemdedir. Bu noktada, uygulanmış yüksek potansiyellerde çözünme yerine yüzeyini koruyucu oksit filmi ile kapatan aluminyumun özel elektrokimyasal davranışı önem kazanmaktadır. Bu çalışmanın amacı alüminyumun doğası gereği anodik polarizasyon sırasında oluşturduğu oksit filmin özelliklerinin incelenmesi ve elektrolit ile ilişkisinden yararlanarak üzerinde geniş bir alanda düzenli alumina nano-yapıların elde edilmesidir. Anodik polarizasyon sırasında oluşan oksit filmin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin anodun içinde bulunduğu elektrolite bağlı olduğu gerçeğinden yola çıkarak çalışma sırasında öncelikli olarak elektrolitin bileşiminin dereceli bir şekilde değiştirildiği bir takım deneyler yapılmıştır. Söz konusu deneylerin sonucunda fosforik asit ile sülfirik asit oranlarının 2:3 olduğu durumda oksit filminde ?barnacle? şeklinde şablonların elde edildiği görülmüş, daha sonra farklı proses parametrelerinde yapılan deneyler sonucunda da desen yapıları ile farklı çalışma koşulları (elektrolit özellikleri, anot malzeme özellikleri, proses süresi ve voltaj etkisi) arasındaki ilişki değerlendirilmiştir. Anodik polarizasyon işlemi sırasında oluşan düzenli ve kararlı bu nano yapıların fiziksel ve kimyasal özellikleri SEM (EDS eklemeli) ve AFM yüzey karakterizasyon yöntemleri yapılarak tanımlanmıştır. Özet olarak, anodik oksit film üzerinde bulunan ?barnacles? olarak adlandırılmış nano yapıların eldesi için yeni bir yöntem bu çalışma içerisinde önerilmiştir. Bu metot geleneksel veya geleneksel olmayan yöntemlere nazaran daha ucuz, daha kolay ve çeşitli üretim proseslerine daha kolay adapte edilebilir özellik göstermektedir. Many group of scientists around the world try to produce alumina templates which are used in a wide range of applications, with conventional or nonconventional methods. These production processes have some disadvantages and limitations, to discover a new methods to get nano-pattern on alumina always remains on the discussion. At this point, an electrochemical behavior of aluminum gain a particular importance, it is well known that when aluminum is polarized to more positive potentials, it forms a protective oxide layer on its surface instead of dissolving. In this study, the anodic polarization behavior of aluminum is investigated utilizing a different electrolyte composition to find a new production method where the ordered nanostructures quickly evolve in the anodic oxide film The electrolyte composition is one of the most critical parameter for anodic polarization process, a mixture of sulfuric acid-phosphoric acid is chosen as solution. In order to observe the effect of process parameters (such as electrolyte properties, anode material properties, process duration and voltage) on theshape of patterns a set of experiment is made. . Qualitative analyses of the experiments have been conducted by using FE-SEM (with an EDS attachment) (Field Emmision Electron Microscope) and AFM (atomic force microscope) to evaluate structural and morphologicall properties of these ordered nanostructures formed during anodic polarization. Also, electrochemical behavior of pattern formation is investigated on potential-time, current-time curves in order to see the formation and growth mechanism of these patterns during anodic polarization process. In summary, a new method is proposed for the production of nano structures on anodic oxide film. A new pattern formed so called ?barnacles?. This method is very advantageous comparing to previous conventional or nonconventional methods, because not only it is fast, cheap and simple but also it can easily be applicable to any other production process. 122