KaydedilenlerDerginizi ekleyin

Dergiler / Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi / 2026 / Cilt: 15

Bakır destekli bor–grafen nanoplaka hibrit nanokompozitlerinde grafen oksit yüklemesinin elektriksel iletkenlik üzerine etkilerinin Box–Behnken tasarımı ile optimizasyonu

Box–Behnken design optimization of graphene oxide loading effects on the electrical conductivity of copper-supported boron–graphene hybrid nanocomposites

Duygu Anaklı(Sivas Cumhuriyet University)0000-0002-6788-3480
Emre Görgün(SİVAS CUMHURİYET ÜNİVERSİTESİ, SİVAS TEKNİK BİLİMLER MESLEK YÜKSEKOKULU)0000-0002-1971-456X
Mehtap Erşan(SİVAS CUMHURİYET ÜNİVERSİTESİ, MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ)0000-0002-5429-4468
Ahmed Elmavle(SİVAS CUMHURİYET ÜNİVERSİTESİ, MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ)
Sayfa
1–15
Yayın Tarihi
2026-01-15
🏛️Bu makalenin bibliyografik verileri ve tam metin bağlantısı DergiPark üzerinden sağlanmıştır.
DergiPark Kaydı ↗
✨

Yapay Zeka Hızlı Bakış & Çıkarımlar

AI Insight
⚡ TL;DR(1 Cümlede Hızlı Çıkarım)

Bulgular, RSM’nin yüksek elektriksel iletkenliğe sahip nanokompozitlerin düşük maliyetle sentezlenmesinde etkili bir optimizasyon aracı olduğunu ve CuBG hibrit nanokompozitlerinin sensör, enerji depolama ve iletken malzeme uygulamaları için yüksek potansiyel sunduğunu ortaya koymaktadır.

📌 3 Maddede Bu Makale

🎯
Amaç & Hipotez:Bakır destekli bor katkılı grafen (CuBG) hibrit nanokompozitleri, basit, ekonomik ve ölçeklenebilir bir sıvı faz karıştırma yöntemiyle hazırlanmıştır.
📊
Temel Bulgular & Veri:Çalışmada, Cu(NO₃)₂·3H₂O, bor ve grafen oksidin (GO) ağırlık yüzdeleri değişkenleri kullanılarak elektriksel iletkenliğin optimizasyonu Yanıt Yüzey Metodolojisi (RSM) ve Box–Behnken tasarımı (BBD) ile gerçekleştirilmiştir.
💡
Sonuç & Katkı:Bulgular, RSM’nin yüksek elektriksel iletkenliğe sahip nanokompozitlerin düşük maliyetle sentezlenmesinde etkili bir optimizasyon aracı olduğunu ve CuBG hibrit nanokompozitlerinin sensör, enerji depolama ve iletken malzeme uygulamaları için yüksek potansiyel sunduğunu ortaya koymaktadır.
🔬Tür:Uygulamalı Anket & Alan Araştırması
📍Kapsam:Genişletilmiş Akademik Örneklem
⚙️Değişkenler:Grafen oksit · Bor · Hibrit nanokompozit

Özet

Bakır destekli bor katkılı grafen (CuBG) hibrit nanokompozitleri, basit, ekonomik ve ölçeklenebilir bir sıvı faz karıştırma yöntemiyle hazırlanmıştır. Çalışmada, Cu(NO₃)₂·3H₂O, bor ve grafen oksidin (GO) ağırlık yüzdeleri değişkenleri kullanılarak elektriksel iletkenliğin optimizasyonu Yanıt Yüzey Metodolojisi (RSM) ve Box–Behnken tasarımı (BBD) ile gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma, literatürde ilk kez, bakır destekli bor–grafen hibrit nanokompozitlerinde grafen oksit yüklemesine bağlı elektriksel iletkenliğin RSM tabanlı sistematik optimizasyonunu ortaya koymaktadır. Optimum koşullar ağırlıkça %70 bor, %10 GO ve %25 Cu(NO₃)₂·3H₂O olarak belirlenmiş olup, bu koşullarda sentezlenen nanokompozitin iletkenliği GO’ya kıyasla 4.4 μS·cm⁻¹’den 144.7 μS·cm⁻¹’e yükselmiştir. Optimum koşullarda hazırlanan nanokompozitler Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopi (FTIR), X-ışını kırınımı (XRD) ve alan emisyonlu taramalı elektron mikroskobu (FESEM) teknikleriyle karakterize edilmiştir. FESEM görüntüleri, Cu ve bor partiküllerinin grafen nanoplakaları üzerinde homojen şekilde dağıldığını ve bu partiküllerin grafen tabakaları arasına gömülerek sandviç benzeri bir yapı oluşturduğunu göstermiştir. Bulgular, RSM’nin yüksek elektriksel iletkenliğe sahip nanokompozitlerin düşük maliyetle sentezlenmesinde etkili bir optimizasyon aracı olduğunu ve CuBG hibrit nanokompozitlerinin sensör, enerji depolama ve iletken malzeme uygulamaları için yüksek potansiyel sunduğunu ortaya koymaktadır.

Abstract

Copper-supported boron-doped graphene (CuBG) hybrid nanocomposites were synthesized using a simple, economical, and scalable liquid-phase mixing method. The electrical conductivity was optimized through Response Surface Methodology (RSM) and Box–Behnken Design (BBD), considering the weight percentages of Cu(NO₃)₂·3H₂O, boron, and graphene oxide (GO) as variables. This study reports, for the first time, the systematic RSM-based optimization of electrical conductivity in copper-supported boron–graphene hybrid nanocomposites as a function of graphene oxide loading. The optimum composition was determined to be 70 wt% boron, 10 wt% GO, and 25 wt% Cu(NO₃)₂·3H₂O. Under these optimized conditions, the electrical conductivity increased from 4.4 μS·cm⁻¹ (GO) to 144.7 μS·cm⁻¹. The nanocomposites were characterized using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-ray Diffraction (XRD), and Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM). FESEM images revealed that Cu and boron particles were uniformly distributed on the graphene nanosheets and embedded between the layers, forming a sandwich-like structure. Overall, the results demonstrate that RSM is a powerful and efficient tool for developing cost-effective, highly conductive nanocomposites with promising potential in sensors, energy storage devices, and conductive material applications.

🔖

Bu Makaleye Atıf Yap

Anaklı, D., Görgün, E., Erşan, M., Elmavle, A. (2026). Bakır destekli bor–grafen nanoplaka hibrit nanokompozitlerinde grafen oksit yüklemesinin elektriksel iletkenlik üzerine etkilerinin Box–Behnken tasarımı ile optimizasyonu. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, Cilt: 15, 1–15. https://doi.org/10.28948/ngumuh.1796452

📄 Tam Metin PDF Okuyucu

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

Kaynakça (49)

  1. J. Li, C. Xing, J. Shuang, Y. Wu, T. Zhang, B. Liu, Y. Guan, J. Sheng, Q. Ren, Y. Wang, L. Wang and W. Fei, Boron-graphene composite for efficient electromagnetic interference shielding with strong strength and near-zero thermal expansion. Carbon, 228, 119318, 2024. https://doi.org/10.1016/j.carbon.20 24.119318.
  2. N. G. A. Pereira, M. E. L. Gonzaléz, A. A. A. de Queiroz, A. F. Oliveira and E. T. W. Neto, Higher electrical conductivity of functionalized graphene oxide doped with silver and copper (II) ions. Energies, 16, 7019, 2023. https://doi.org/10.3390/en16207019.
  3. E. A. Senocak and N. Utlu, Boron as a protective agent in reducing paracetamol-induced testicular toxicity in rats: A biochemical perspective. Journal of Boron, 10 (2), 61 - 67, 2025. https://doi.org/10.30728/boron.1 595247.
  4. T. D. Tombal, Ş. G. Özkan, İ. Kurşun Ünver and A. E. Osmanlıoğlu, Bor bileşiklerinin özellikleri, üretimi, kullanımı ve nükleer reaktör teknolojisinde önemi. Journal of Boron, 1(2), 86-95, 2016. https://dergip ark.org.tr/en/pub/boron/issue/24508/259751.
  5. K. Sarıiz ve İ. Nuhoğlu, Endüstriyel Hammadde Yatakları ve Madenciliği, [Industrial raw material deposits and mining]. Anadolu Üniversitesi Yayınları, pp. 438-439, Eskişehir, 1992.
  6. S. He, B. Liu, T. Zhao, X. Zhang, K. Wang and D-B Xiong, Electrical conductivity of graphene/copper composites at lattice scale. Computational Materials Science, 245, 113314, 2024. https://doi.org/10.10 16/j.commatsci.2024.113314.
  7. B. Fang, J. Li, N. Zhao, C. Shi, L. Ma, C. He, F. He and E. Liu, Boron doping effect on the interface interaction and mechanical properties of graphene reinforced copper matrix composite. Applied Surface Science, 425, 811–822, 2017. http://dx.doi.org/10.1016/j.a psusc.2017.07.084.
  8. A. Farhan, M. Zahid, N. Tahir, A. Mansha, M. Yaseen, G. Mustafa, M. A. Alamir, I. M. Alarifi and I. Shahid, Investigation of boron‑doped graphene oxide anchored with copper sulphide flowers as visible light active photocatalyst for methylene blue degradation. Scientific Reports, 13, 9497, 2023. https://doi.org/10.1038/s41598-023-36486-6.
  9. Y. Sun, Y. Yang, M. Yang, F. Yu and J. Ma, Response surface methodological evaluation and optimization for adsorption removal of ciprofloxacin onto graphene hydrogel. Journal of Molecular Liquids, 284, 124–130, 2019. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.03.118.
  10. B. Çayır Ervural, Varyans Analizi (ANOVA) ve Kovaryans Analizi (ANCOVA) ile deney tasarımı: bir gıda işletmesinin tedarik süresine etki eden faktörlerin belirlenmesi. Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 7 (2), 923 - 941, 2020. https://doi.or g/10.35193/bseufbd.719341.
  11. W.S. Hummers and R.E. Offeman, Preparation of graphitic oxide. Journal of the American Chemical Society, 80 (6), 1339, 1958. https://doi.org/10.10 21/ja01539a017.
  12. Z. Zeng, Y. Liu, W. Chen, X. Li, Q. Zheng, K. Li, R. Guo, Fabrication and properties of in situ reduced graphene oxide-toughened zirconia composite ceramics. Journal of the American Ceramic Society, 101 (8), 3249-3738, 2018. https://doi.org/10.11 11/jace.15483.
  13. S. N. H. M. A. Jinnah, U. F. Md. Ali, S. CB. Gopinath, N. Ibrahim, R. Ahmad, F. M. Zuki, Oil palm waste-derived reduced graphene oxide (rGO) for dynamic adsorption of dye in a fixed-bed system. Desalination and Water Treatment, 317, 100019, 2024. https://doi.org/10.1016/j.dwt.2024.100019.
  14. M. Solak, Kimyasal spreyleme Atıksuyunun arıtımında elektrokoagülasyon prosesinin optimizasyonu: Box-Behnken Dizaynı. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 7 (3), 1367-1377, 2019. https://d oi.org/10.29130/dubited.518579.
  15. B. Q. Zheng ve P. M. Bentler, Enhancing Model Fit evaluation in SEM: Practical tips for optimizing Chi-Square Tests. Structural Equation Modeling: A Multidisciplinary Journal, 32 (1), 136-141, 2025. https://doi.org/10.1080/10705511.2024.2354802.
  16. N. M. Y. Al-mahbashi, S. R. M. Kutty, A.H. Jagaba, U. Rathnayake, H. S. Hagar, B.N.S. Al-Dhawi and G. A.M. Al-Shawesh, Optimization and characterization of paddy stalks-based activated carbon by physical activation: Box-Behnken design approach. Nano-Structures & Nano-Objects, 38, 101155, 2024. https://doi.org/10.1016/j.nanoso.2024.101155.
  17. O. C. Asogwa ve O. A. Otekunrin, Robustness of Augmented Box-Behnken Designs to two and three missing observations. Journal of the Iranian Statistical Society, 22 (2), 59-75, 2024. https://doi.org/10.220 34/jirss.2024.1999151.1015.
  18. D.C. Montgomery, Design and Analysis of Experiments Arisona, State University. Ninth Edition, John Wiley & Sons, 640 p, New York, 2017.
  19. J. P. Myers, M. N. Antoniou, B. Blumberg, L. Carroll, T. Colborn, L. G. Everett, M. Hansen, P. J. Landrigan, B. P. Lanphear, R. Mesnage, L. N. Vandenberg, F. S. V. Saal, W. V. Welshons and C. M. Benbrook, Concerns over use of glyphosate-based herbicides and risks associated with exposures: a consensus statement. Environmental Health, 15 (19), 2016. https://doi.o rg/10.1186/s12940-016-0117-0.
  20. A. I. Khuri and S. Mukhopadhyay, Response surface methodology. WIREs Computational Statistics, 2 (2), 128-149, 2010. https://doi.org/10.1002/wics.73.
  21. C. Camilleri, U. Alter and R. A. Cribbie, Identifying influential observations in multiple regression. Quantitative Methods Psychology, 20 (2), 96-105, 2024. https://doi.org/10.20982/tqmp.20.2.p096.
  22. A. K. Geim and K. S. Novoselov, The rise of graphene. Nature Materials, 6, 183–191, 2007. https://do i.org/10.1038/nmat1849.
  23. S. Stankovich, D. A. Dikin, G. H. B. Dommett, K. M. Kohlhaas, E. J. Zimney, E. A. Stach, R. D. Piner, S. T. Nguyen and R. S. Ruoff, Graphene-based composite materials. Nature, 442, 282–28, 2006. https://do i.org/10.1038/nature04969.
  24. S. Ahmadi and A. Khormali, Development of an RSM-based predictive model for evaluation of corrosion efficiency of ATMP in one molar HCl for carbon steel samples. Petroleum Science and Technology, 42 (25), 4537-4555, 2024. https://doi.org/10.1080/109164 66.2023.2253269.
  25. G. Wang, M. Zhang, D. Chen, Q. Guo, X. Feng, T. Niu, X. Liu, A. Li, J. Lai, D. Sun, Z. Liao, Y. Wang, P. K. Chu, G. Ding, X. Xie, Z. Di and X. Wang, Seamless lateral graphene p–n junctions formed by selective in situ doping for high-performance photodetectors. Nature Communications, 9, 5168, 2018. https://doi.org/10.1038/s41467-018-07555-6.
  26. Y. Wu, Z. Cui, W. Yan, H. Huang ve W. Ding, Accelerated Fatigue Test for electric vehicle reducer based on the SVR–FDS Method. Sensors, 24 (16), 5359, 2024. https://doi.org/10.3390/s24165359.
  27. Ö. Öğüçlü ve O. E. Turgut, Geri dönüşüm makinelerinde kullanılan kesme silindirinin elastik davranışının parametrik korelasyon yöntemi ile analizi ve optimizasyonu. Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 27 (2), 587-608, 2025. https://doi.o rg/10.25092/baunfbed.1628991.
  28. H. Yu, B. Zhang, C. Bulin, R. Li and R. Xing, High-efficient synthesis of graphene oxide based on Improved Hummers Method. Scientific Reports, 6, 36143, 2016. https://doi.org/10.1038/srep36143.
  29. P. Ranjan, S. Agrawal, A. Sinha, T. R. Rao, J. Balakrishnan and A. D. Thakur, A low-cost non-explosive synthesis of graphene oxide for scalable applications. Scientific Reports, 8, 12007, 2018. https://doi.org/10.1038/s41598-018-30613-4.
  30. N. I. Zaaba, K.L. Foo, U. Hashim, S.J.Tan, W-W Liu, and C.H. Voon, Synthesis of graphene oxide using Modified Hummers Method: solvent influence. Procedia Engineering, 184, 469 – 477, 2017. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.04.118.
  31. M. H. M. Moghadam, S. Sabury, M. M. Gudarzi and F. Sharif, Graphene oxide‐induced polymerization and crystallization to produce highly conductive polyaniline/graphene oxide composite. Journal of Polymer Science Part A Polymer Chemistry, 52 (11), 1545–1554, 2014. https://doi.org/10.1002/pola.27147.
  32. D. Anaklı, M. Erşan, Optimization of reduced graphene oxide yield using response surface methodology. Diamond and Related Materials, 148, 111524, 2024. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2024.111524.
  33. N. M. S. Hidayah, W. W. Liu, C. W. Lai, N. Z. Noriman, C. S. Khe, U. Hashim, H. C. Lee Comparison on graphite, graphene oxide and reduced graphene oxide: Synthesis and characterization. AIP Conference Proceedings, 1892, 2017. https://doi.org/10.1063/1.500 5764.
  34. N. K. Sudesh, S. Das C. Bernhard, G.D. Varma, Effect of graphene oxide doping on superconducting properties of bulk MgB2. Superconductor Science and Technology, 26(9), 095008, 2013. https://doi.org/10.10 88/0953-2048/26/9/095008.
  35. M.G. Rodríguez, O.V. Kharissova, U. Ortiz-Méndez, Formation of boron carbide nanofibers and nanobelts from heated by microwave. Reviews on Advanced Materials Science,7, 55–60, 2004.
  36. Md. A. Mannan, Y. Hirano, A. T. Quitain, K. M and T. Kida, Boron doped graphene oxide: synthesis and application to glucose responsive reactivity. Journal of Material Sciences & Engineering, 7 (5), 1000492, 2018. https://doi.org/10.4172/2169-0022.1000492.
  37. X. Mu, B. Yuan, X. Feng, S. Qiu, L. Song and Y. Hu, The effect of doped heteroatoms (nitrogen, boron, phosphorus) on inhibition thermal oxidation of reduced graphene oxide. Royal Society of Chemistry Advances, 6 (107), 105021-105029, 2016. https://doi.org/10.10 39/C6RA21329D.
  38. F. T. Ş. Dumanli, S. K. Karaagac, A. S. Kipcak, E. M. Derun, Sonochemical synthesis of copper borates: effect of reaction conditions on the characteristic properties. Journal of the Turkish Chemical Society, 11(2), 461-466, 2024. https://doi.org/10.18596/jot csa.1342058.
  39. A. S. Kipcak, F. T. Senberber, S. A. Yuksel, E. M. Derun, S. Piskin, Synthesis, characterisation, electrical and optical properties of copper borate compounds. Materials Research Bulletin, 70, 442-4, 482015. http://dx.doi.org/10.1016/j.materresbull.2015.05.003.
  40. B. Zeng, X. Chen, X. Ning, C. Chen, W. Deng, Q. Huang and W. Zhong, Electrostatic-assembly three-dimensional CNTs/rGO implanted Cu2O composite spheres and its photocatalytic properties. Applied Surface Science, 276, 482–486, 2013. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.03.120.
  41. K. Krishnamoorthy and S.-J. Kim, Growth, characterization and electrochemical properties of hierarchical CuO nanostructures for supercapacitor applications. Materials Research Bulletin, 48 (9), 3136-3139, 2013. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.20 13.04.082.
  42. J. Huang, Y. Zhu, X. Yang, W. Chen, Y. Zhou and C. Li, Flexible 3D porous CuO nanowire arrays for enzymeless glucose sensing: in situ engineered versus ex situ piled. Nanoscale, 7, 559-569, 2015. https://doi.org/10.1039/C4NR05620E.
  43. N.H. Lam, N. Le, E.S. Kim, M.S. Tamboli, A.M. Tamboli, N.T.N. Truong, J.H. Jung, Powder X-ray diffraction analysis of Cu/Cu2O nanocomposites synthesized by colloidal solution method. Korean Journal of Chemical Engineering, 39 (9), 2505-2512, 2022. https://doi.org/10.1007/s11814-021-1024-9.
  44. X. Gao, Y. Wang, Y. Wang, Y. Wang, P. Li, Z. Zhang, F. Li, H. Feng, Z. Li and X. Zhang, Effect of copper oxide@boron nitride nanosheet hybrid nanocomposite on tribological properties of paraffin liquid. SN Applied Sciences, 4, 212, 2022. https://doi.org/10.10 07/s42452-022-05094-w.
  45. N. H. Lam, R. P. Smith, N. Le, C. T. T. Thuy, M. S. Tamboli, A. M. Tamboli, S. Alshehri, M. M. Ghoneim, N. T. N. Truong and J. H. Jung, Evaluation of the structural deviation of Cu/Cu2O nanocomposite using the X-ray Diffraction analysis methods. Crystals, 12, 566, 2022. https://doi.org/10.3390/cryst12040566.
  46. P. M. Pandian and A. Pandurangan, Copper nanoparticles anchored onto boron-doped graphene nanosheets for use as a high performance asymmetric solid-state supercapacitor. Royal Society of Chemistry Advances, 9, 3443–346, 2019. https://doi.org/10.10 39/c8ra08762h.
  47. J. Deuermeier, H. F. Wardenga, J. Morasch, S. Siol, S. Nandy, T. Calmeiro, R. Martins, A. Klein and E. Fortunato, Highly conductive grain boundaries in copper oxide thin films. Journal of Applied Physics, 119, 235303, 2016. https://doi/10.1063/1.4954002.
  48. F. M. Li, R. Waddingham, W. I. Milne, A. J. Flewitt, S. Speakman, J. Dutson, S. Wakeham and M. Thwaites, Low temperature (˂100 °C) deposited P-type cuprous oxide thin films: Importance of controlled oxygen and deposition energy. Thin Solid Films, 520, 1278–1284, 2011. https://doi/10.1016/j.tsf.2011.04.192.
  49. Y. Wen, Y.G. Lu, H. Xiao, X.Y. Qin, Further investigation on boric acid catalytic graphitization of polyacrylonitrile carbon fibers: mechanism and mechanical properties, Materials & Design, 36, 728–734, 2012. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2011.1 1.051.