Demo site
Kriyojenik ve Fonksiyonel Malzemeler•Cilt 14, Sayı 2••15 dk okuma süresi

Kriyojenik Sıvı Hidrojen Tanklarında Düşük Yoğunluklu Grafen Aerojel Katmanlarının Isıl Geçirgenlik Analizi

20 Kelvin Çalışma Sıcaklığında Radyatif ve Fononik Isı İletiminin Sönümlenmesi

Dr. Kerem Tanaydın portresi
Dr. Kerem TanaydınTÜBİTAK MAM Malzeme Enstitüsü, İleri Kompozitler ve Aerojeller
DOI:https://doi.org/10.5582/yorunge.2026.14.2.03
Kriyojenik vakum test odasında parlayan metalik test hücresi ve buharlaşma sensörleri

TÜBİTAK MAM Kriyojenik Laboratuvarı sıvı helyum soğutmalı test hücresi. (Fotoğraf: TÜBİTAK MAM)

Özet (Abstract)

Sıvı hidrojenin (LH2) 20.28 Kelvin kaynama noktasında güvenle depolanması, havacılık ve uzay araçlarında en kritik kütlesel darboğazı teşkil etmektedir. Bu çalışmada, kimyasal buhar çöktürme yöntemiyle sentezlenen ve yoğunluğu 8.2 mg/cm³ olan ultralight grafen aerojellerin yüksek vakum (10⁻⁵ mbar) altındaki görünür ısıl iletkenlik (k_app) katsayısı deneysel olarak ölçülmüştür. Sonuçlar, çok katmanlı alüminize yansıtıcı folyolarla desteklenen aerojel katmanının kaynama kaybını (boil-off rate) günde %0.12 seviyesine düşürdüğünü göstermektedir.

Öne Çıkan Bulgular ve Kuramsal Çıkarımlar

  • •Grafen aerojeller kriyojenik titreşim yükleri altında yapısal parçalanma göstermemiştir.
  • •Kaynama kaybı (boil-off rate) 24 saatlik döngüde %0.12 seviyesinde tutulmuştur.
  • •Sistem, kompozit LH2 tank ağırlığını geleneksel yalıtımlara oranla %28 hafifletmektedir.

Problem: Fonon İletimi ve Radyatif Isı Transferi

Hidrojen atomunun düşük molekül ağırlığı ve sıvı halde son derece düşük buharlaşma entalpisi (446 kJ/kg), depolama tanklarının dış cidarından gelen en ufak bir ısı sızıntısında dahi hızlı faz değişimine neden olur. Klasik çok katmanlı yalıtım (MLI) sistemleri vakum altında radyasyonu engellemede başarılı olsa da, yapısal destek noktalarındaki katı fonon iletimini durduramaz.

Grafen levhaların üç boyutlu gözenekli bir ağ kurarak birbirine bağlandığı aerojel iskeleler, temas dirençlerini maksimize ederek katı içi fonon saçılmasını olağanüstü biçimde artırır.

Deneysel Düzeneğin Kurulumu ve Ölçümler

İç cidarı 20 K sıvı hidrojen simülatörüyle soğutulan, dış cidarı ise 300 K oda sıcaklığında tutulan çift cidarlı paslanmaz çelik kriyostat içerisine 15 mm kalınlığında grafen-silika melez aerojel plakaları yerleştirilmiştir. Vakum basıncı turbomoleküler pompa sistemiyle 5x10⁻⁶ mbar seviyesinde sabitlenmiştir.

Kaynakça ve Referanslar

  1. Tanaydın, K. (2025). Ultralight aerogel architectures for liquid hydrogen boil-off mitigation. Cryogenics, 138, 103722.[DOI]
Anahtar Kelimeler:Sıvı HidrojenGrafen AerojelKriyojenik TankIsıl İletkenlikVakum İzolasyonu

Aynı Disiplindeki Diğer Araştırmalar

Kriyojenik ve Fonksiyonel MalzemelerCilt 13/3

Kızılötesi Atmosferik Pencereler İçin Koloidal Kuantum Noktalı Fotodedektör Dizilimi

Dr. Kerem Tanaydın

Geleneksel orta dalga kızılötesi (MWIR) dedektörleri, termal gürültüyü bastırmak için 77 Kelvin kriyojenik Stirling soğutucularına bağımlıdır. Bu durum gece görüş ve uzaktan algılama sistemlerinde ağır, pahalı ve bakım gerektiren modüllere yol açar. Bu çalışmada, civa tellürid (HgTe) koloidal kuantum noktaları kullanılarak sentezlenen ve termoelektrik (Peltier) soğutmayla 230 Kelvin sıcaklıkta çalışabilen yeni bir fotodiyot mimarisi geliştirilmiştir. Cihaz, 3.8 µm dalga boyunda 2.4x10¹⁰ Jones özgül algılama kabiliyeti (D*) sergilemektedir.

14 dk
101080
Kriyojenik ve Fonksiyonel MalzemelerCilt 13/1

Katı Elektrolitli Lityum-Hava Hücrelerinde Karbonat Oluşumunu Engelleyen Nanogözenekli Rutenyum Oksit Katotlar

Dr. Kerem Tanaydın

Lityum-hava (Li-O2) bataryaları, benzininkine yakın teorik özgül enerjileri nedeniyle elektrikli havacılık ve uzun menzilli taşımacılıkta nihai hedef olarak görülmektedir. Ancak, deşarj sırasında oluşan lityum peroksitin (Li2O2) şarj esnasında ayrıştırılamaması ve ortamdaki CO2 ile reaksiyona girerek yalıtkan lityum karbonat (Li2CO3) tabakası oluşturması döngü ömrünü onlarca çevrimle sınırlandırmaktadır. Bu çalışmada, nanogözenekli rutenyum oksit (RuO2) katalizörüyle modifiye edilmiş seramik katı elektrolitli Li-O2 hücreleri geliştirilmiş ve 400 tam döngü boyunca kapasite kaybı %6 sınırında tutulmuştur.

16 dk
271890