Grafitten sentezlenen grafen oksit üzerinden grafen iplik eldesi ve karakterizasyonu
The production and characterization of graphene filament via graphene oxide synthesized from graphite
Yazar: MELİK ÖKSÜZ
Danışman: PROF. DR. HÜSNÜ YILDIRIM ERBİL
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Tekstil ve Tekstil Mühendisliği = Textile and Textile Engineering
Dizin: Grafen oksit = Graphene oxide

Özet:
Bu tez çalışmasının amacı, sivil ve askeri uygulamalarda kullanılabilecek mekanik ve elektriksel özelliklere sahip grafen ipliklerin grafitten yaş çekim yöntemi ile üretilmesi ve sistem parametrelerinin iplik özellikleri üzerine etkilerinin belirlenmesidir. Bu amaçla, farklı oksidasyon yöntemleri ile grafitten grafen oksit (GO) sentezi gerçekleştirilmiş ve farklı sistem parametrelerinin uygulandığı yaş çekim sonrasında GO iplikler elde edilmiş ve bunlar farklı kimyasal indirgeme yöntemleri ile grafen ipliklere indirgenmiştir. Hem GO hem de grafen ipliklerin mekanik özellikleri ve grafen ipliklerin elektriksel iletkenlikleri ölçülmüştür. Bu çalışmalar sonunda, grafen ipliklerin çekme dayanımı 89 MPa değerlerinde iken, sistem parametreleri optimize edilerek 256 MPa seviyesine kadar yükseltilmiş, elektriksel iletkenlik değerinin ise 1500 S/m değerinden 14500 S/m değerine kadar arttırılması başarılmıştır. Bu değer, kimyasal indirgemeye ek olarak ayrıca termal tavlama işlemi de uygulandığında 25000 S/m seviyelerine kadar artırılabilmektedir. En iyi mekanik ve elektriksel özelliklere sahip grafen iplikler, 16 mg/ml GO dispersiyonundan, çekme gerilimi 1.5 oranında iken ve 15 °C sıcaklıktaki izopropanol banyosunda üretilen GO ipliklerin hidroiyodik/asetik asit ile kimyasal indirgenmesi ile elde edilmiştir. Bu iplikler %5.1 çekme uzamasına sahip olup, bu ipliklerin çekme dayanımı 256 MPa, Young modülü 25.3 GPa ve elektriksel iletkenliği ise 14500 S/m'dir. Ayrıca, tez çalışmaları kapsamında grafen ipliklerin elektriksel iletkenliklerini artırmak için gümüş nanopartikül katkılı iplikler de hazırlanmıştır. Elektriksel iletkenliği 34000 S/m olan bu ipliklerin çekme dayanımı 244 MPa, Young modülü 17.1 GPa ve çekme uzaması ise %5.4'dür. Bu tez çalışmasında elde edilen grafen ipliklerin ve ayrıca gümüş katkılı ipliklerin ölçülen mekanik ve elektriksel özellikleri, literatürde grafen iplik sentezlerinde rapor edilen değerlerin birçoğundan daha ileri seviyededir.

Abstract:
The aim of this thesis is to produce graphene filaments from graphite having mechanical and electrical properties that can be used in civilian and military applications by using wet spinning method and to determine the effects of system parameters on the final filament properties. For this purpose, graphene oxide (GO) was synthesized from graphite by using different chemical oxidation methods. Later GO filaments were produced from the GO dispersion by applying different system parameters. Then, GO filaments were reduced to graphene filaments by chemical reduction and the mechanical properties and electrical conductivities of these filaments were determined. By optimizing the system parameters, the tensile strengths of the graphene filaments increased from 89 MPa to 256 MPa and their electrical conductivities increased from 1500 S/m to 14500 S/m. This electrical conductivity value reached up to 25000 S/m when thermal annealing was applied after the chemical reduction step. The graphene filaments having the best mechanical resistance and electrical conductivity properties were obtained from the GO dispersion with a concentration of 16 mg/ml, under tension (tension rate: 1.5) in isopropyl alcohol bath at 15 °C by using hydriodic acid/acetic acid mixed reduction agent. The tensile strength, Young modulus, elongation at break and electrical conductivities of these filaments were 256 MPa, 25.3 GPa, 5.1% and 14500 S/m respectively. In addition, nanosilver particle added graphene filaments were prepared to increase the electrical conductivity of the filaments up to 34000 S/m and having a tensile strength of 244 MPa, Young modulus of 17.1 GPa and elongation of 5.4%. In this thesis study, the reported properties of both neat and silver added graphene filaments are higher than the previously reported properties of graphene filaments in the existing literature.