Karbon zengin nanomalzeme içeren termoplastik kompozitlerin elektriksel, optik ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Özet
Polimer Karbon Dolgu (KD) kompozitler esneklik, hafiflik, işleme kolaylığı ve
kimyasal direnç gibi özellikleri nedeniyle yeni bir kompozit ürünü olarak endüstriyel ve
akademik camianın ilgisini çekmektedir. Polimer KD kompozitlerin optik, elektrik,
mekanik ve termal özelliklerinin belirlenerek ihtiyaca uygun olarak uygun maliyette
üretilmesi kullanım alanlarını genişletecektir.
Bu çalışma kapsamında, çözelti karıştırma (solution mixing) yöntemi ile elde
edilen PMMA/GNP, PMMA/MWCNT, PMMA/CM, PS/GNP, PS/MWCNT, PS/CM,
PVA/GNP ve PVA/MWCNT çözeltilerinden sekiz farklı kompozit film serisi hazırlanmış
ve elde edilen kompozitlerin elektrik, optik, mekanik özellikleri araştırılmıştır.
Kompozitlerin elektriksel ölçümleri iki prob ölçüm tekniği, optik ölçümleri foton geçirme
tekniği ve mekanik ölçümleri ise çekme testi ile gerçekleştirilmiştir. Elde edilen optik
veriler site perkolasyon, elektriksel veriler klasik perkolasyon, mekanik veriler ise
düzenlenmiş klasik perkolasyon (sızma) teorisi ile yorumlanmıştır. Kompozit yapıların
hemen hemen hepsinde elektrik, optik ve mekaniksel olarak perkolasyonun gerçekleştiği
belirlenmiştir. Kompozitlerin optik bant aralığı enerjileri Tauc metodu kullanılarak ve bu
aralıktaki lokalize durumlardan kaynaklanan kusur seviyeleri ise Urbach ilişkisi
kullanılarak belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre polimer matris içerisindeki KD
miktarının artmasıyla kompozitlerin, optik bant aralığı enerjileri azalmış ve elektriksel
iletkenlikleri ise artmıştır. Kompozitlerin bant enerjilerinin düşmesi ve elektriksel
iletkenliklerinin 10
-4
S’ler mertebesine yükselmesi kompozit yapının yalıtkan-yarıiletken
geçişi yaptığını göstermiştir. Kompozitlerin çekme modül değerleri de yapısındaki KD
miktarının artmasıyla birlikte artmıştır. Üç farklı deneysel yöntem ile elde edilen sonuçlar
birbirini desteklemektedir. Elde edilen tüm sonuçlar literatürdeki teorik ve deneysel
veriler ile uyum içerisindedir. Polymer Carbon Filler (CF) composites attract the attention of the industrial and
academic community as a new composite product due to its properties such as flexibility,
lightness, ease of processing and chemical resistance. The production of polymer CF
composites in affordable costs by obtaining their optical, electrical, mechanical and
thermal properties will extend its area of use according to needs.
In this study, eight different composite film series such as PMMA/GNP,
PMMA/MWCNT, PMMA/CM, PS/GNP, PS/MWCNT, PS/CM, PVA/GNP and
PVA/MWCNT dispersions obtained by solution mixing method have been prepared and
the electrical, optical, mechanical properties of the composites have beeen investigated.
The electrical, optical and mechanical measurements have been performed by using two
probe method, photon transmission technique and tensile test, respectively. The collected
optic data have been interpreted with site percolation, while electrical and mechanical
data have been evaluated by means of classic percolation and modified classic percolation
theory, respectively. It has been determined that electrical, optical and mechanical
percolation occurred in almost all of the composite structures. The optical band gap
energies of the composites have been determined by using the Tauc method and the defect
levels due to localized states in this band gap have been determined by using the Urbach
relationship. According to the obtained results, it has been determined that, with
increasing amount of CF doping in the polymer matrix, the optical band gap energy of
the composites decreased while their electrical conductivity increased. The decrease in
the band gap energies of composites, hence the increase on their electrical conductivity
to the level of 10
-4
Siemens has been showed that the composite structure exhibits the
insulator-semiconductor transition. The tensile modulus values of the composites have
been increased with increasing amount of CF doping. The results obtained with three
different experimental methods support each other. All results are consistent with the
theoretical and experimental data in the literature.
Koleksiyonlar
- Tez Koleksiyonu [1287]