In the first part of this thesis, a direct, one-step tri-axial electrospinning process was used to fabricate multi-walled fibers with a novel architecture. Different healing agents were encapsulated inside the fibers with two separate protective walls. Presence of an extra layer in the fiber structure facilitated the encapsulation of healing agents and extended the efficiency of the healing functionality. We first took a systematical optimization approach to produce tri-axial hollow electrospun fibers with tunable fibervidiameters and surface morphology. Next, the effect of tri-axial hollow fibers as a primary reinforcement and co-reinforcement in the presence of glass fibers was scrutinized from a material selection point of view. Furthermore, multi-walled fibers were utilized to encapsulate different healing agents inside the fibers and successful and recurring self-healing ability were achieved while preserving the mechanical properties of the composites.In the second part of this study, three different architectural designs were developed for manufacturing advanced multi-scale reinforced epoxy based composites in which graphene sheets and carbon fibers were utilized as nano- and micro-scale reinforcements, respectively. Graphene/carbon fiber/epoxy composites in various graphene sheet arrangements showed enhancements in in-plane and out of plane mechanical performances. In the hybrid composites, remarkable improvements were observed in the work of fracture by ~55% and the flexural strength by ~51% as well as a notable enhancement on other mechanical properties. In addition, integration of conductive reinforcement in the epoxy matrix enabled us to develop composite structures with high electrical and thermal conductivity, self-heating and de-icing functionalities.

Tezin ilk bölümünde, özgün yapıda çok cidarlı fiber üretmek için direkt tek aşamalı üçeksenli elektrodokuma yöntemi kullanılmıştır. Farklı onarım ajanları iki farklı koruma duvarına sahip fiber içerisine yerleştirilmiştir. Fiber yapısı içerisindeki ilave duvar katmanı, onarım ajanlarının fiber içerisine giydirilmesini kolaylaştırmıştır ve onarım fonksiyonunun verimini arttırmıştır. İlk olarak, sistematik optimizasyon yaklaşımı ile üçeksenli içi boş elektrospun fiberleri çaplarını ve yüzey morfolojilerini kontrol ederek ürettik. Daha sonra, içi boş üçeksenli fiberlerin epoksi reçine içindeki güçlendirici etkileri ve yine epoksi reçine içerisinde cam elyafa ek olarak yanal güçlendirici etkileri malzeme seçimi bakış açısından incelenmiştir. Ayrıca, çok duvarlı fiberler içerilerine çeşitli onarım ajanlarını yüklemek için kullanılmıştır ve onarım ajanı içeren çok duvarlı fiberler ile kompozitin mekanik özelliklerini koruyarak başarılı bir şekilde tekrarlanabilir kendi kendini onarabilme özelliği sağlanmıştır.Tezin ikinci bölümünde, grafen tabakalarının nano güçlendirici ve karbon fiberlerin mikro güçlendirici olarak kullananıldğı ileri çok ölçekli güçlendirilmiş epoksi tabanlı kompozitleri üretmek için üç farklı yapısal tasarım geliştirilmiştir. Grafen tabakaların farklı düzenlerde yerleştirildiği grafen/karbon fiber/epoksi kompozitlerin düzlem içi ve düzlem dışı mekanik performanslarında iyileşmeler gösterilmiştir. Hibrid kompozitlerde kırılmada yaklaşık %55 ve eğilme mukavemetinde %51 oranında önemli iyileşmeler gözlenirken aynı zamanda diğer mekanik özelliklerde kayda değer iyileşme sağlanmıştır. Bunlara ek olarak, iletken güçlendiricinin epoksi matrisine yüklenmesi yüksek elektrik ve ısı iletkenliği, kendi kendini ısıtma ve buz giderici özellikleri bulunan kompozit yapıların geliştirilmesine olanak sağlamıştır.