Politiyofen, polipirol ve poliindol esaslı kompozitlerin sentezi, yapısal ve elektriksel özelliklerinin belirlenmesi

Abstract

Günlük hayatımızın her alanında polimerlerden üretilmiş malzemelerle karşılaşmaktayız. Paketleme ürünleri, elektriksel izolasyon malzemeleri, araba tekerlekleri, yapıştırıcılar, su şişeleri gibi birçok ürün, polimerik malzemelerden üretilmektedir. Polimerler keşiflerinden itibaren uzunca bir süre yalıtkan olarak bilindiğinden, kullanım alanları da hep yalıtkanlığın arandığı uygulamlarla sınırlı kalmıştır. 1977 yılında ise, iletken polimerlerin keşfi ile polimerlerin gelecekte pek çok uygulamada metallerin yerini alabileceği düşünülmeye başlanmıştır. Bu motivasyonla araştırmacılar metallere kıyasla daha ucuz, hafif, fiziksel ve kimyasal açıdan daha kararlı ve kolay işlenebilme avantajlarına sahip iletken polimerler üretme üzerine odaklanmışlardır. Özellikle 1980’li yılların sonlarından itibaren, iletken polimerler üstün elektriksel ve optik özellikleri ve düşük maliyetleri nedeniyle ışık yayan diyotlar (LED), transistörler, entegre devreler vb. yarıiletken devre elemanlarında geniş bir kullanım alanına sahip olmuştur. Ayrıca iletken polimerlerin şarj edilebilir piller, akıllı camlar, güneş pilleri, sensörler gibi birçok uygulama alanı bulunmaktadır. Araştırmacılar, böylesi geniş bir uygulama alanına sahip iletken polimer malzemelerin özelliklerini geliştirmek adına, son yıllarda yoğun çalışmalar yapmaktadırlar. Özellikle iletken polimerlerin yapısal, fiziksel, elektriksel ve optik özelliklerinin geliştirilmesi adına, farklı katkı maddelerinin polimer yapısına eklenmesiyle elde edilen polimer kompozit araştırmaları son yirmi yılda büyük hız kazanmıştır. Bu bağlamda, bu tez çalışmasında temel olarak üç farklı iletken polimer (Politiyofen (PTh), Polipirol (PPy) ve Poliindol (PIn)) ve farklı katkı maddeleri (Sodyum Meta Silikat, Boraks, Volkanik Kayaç ve Nano Boyutlu Tungsten oksit) ile polimer kompozitler hazırlanarak; polimerlerin elektriksel parametrelerindeki değişimler detaylı olarak incelenmiştir. Tez çalışması iki aşamadan oluşmaktadır; ilk aşamada ticari olarak elde edilen mikro boyutlardaki katkı maddeleri (Sodyum meta silikat, Boraks ve Van’daki bir volkanik bölgeden toplanmış Volkanik kayaç) kimyasal polimerizasyon yöntemi ile sentezlenmiş yukarıda belirtilen iletken polimerlere mekanik olarak karıştırılarak kompozit yapılar elde edilmiştir. İkinci aşamada ise, katkı maddesi hidrotermal sentez yöntemiyle nano boyutta sentezlenerek polimerlere yine mekanik olarak karıştırılmıştır. Elde edilen kompozitlerin yapısal özellikleri Taramalı Elektron Mikroskopisi ve Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi ile belirlenmiştir. Ayrıca, ilk iki aşamada üretilen toz halindeki kompozitler, hidrolik pres cihazıyla tablet formuna getirilerek elektriksel özellikleri frekansa bağlı olarak empedans analizörü ile tespit edilmiştir. Sonuç olarak, üretilen kompozitlerin dielektrik parametrelerinde önemli değişimler gözlenmiştir. PTh-katkı kompozitlerinin dielektrik sabiti değeri saf PTh’ye göre 1.2 ila 4.6 kat, PIn-katkı kompozitlerinin dilelektrik sabiti değeri saf PIn’ye göre 1.3 ila 3.5 kat, PPy-katkı kompozitlerinin dielektrik sabiti değeri saf PPy’ye göre 1.1 ila 50000 kat arasında artmıştır. Ayrıca PTh-mikro katkı kompozitleri içinde yüksek dilelektrik sabiti gösteren örneklerin düşük dielektrik kaybına sahip oldukları belirlenmiştir. Yüksek dielektrik sabiti ve düşük dielektrik kaybına sahip malzemeler kondansatör uygulamaları için aranan malzemelerdir. Bu bakımdan, yüksek dielektrik sabitine sahip ilgili kompozitlerin kondansatör uygulamaları için uygun birer materyal olduğu söylenebilir. Bunun yanı sıra, PIn ve PPy-katkı kompozitlerinde yüksek dielektrik sabiti gösteren örneklerin yüksek dielektrik kayıp değerine sahip olduğu gözlenmiştir. Bu özelliklerinden dolayı bu kompozitler ise dekuplaj kondansatör uygulamalarında kullanılabilir. Ayrıca, hazırlanan kompozit malzemelerin iletkenliklerinde de önemli değişimler belirlenmiştir. İletkenlikteki en önemli etki PPy-%50VB kompozitinde gözlenmiştir. Bu kompozitin iletkenliği saf PPy’nin iletkenliğine göre yaklaşık 1510 kat artmıştır. Bunun dışında, diğer kompozitlerin iletkenliklerinde de 1 ila 640 kat arasında artış gözlenmiştir. Bu açıdan, ilgili kompozitlerin, yüksek iletkenliğin arandığı polimer uygulamalarında kullanılabileceği düşünülmektedir.