Çok katmanlı polianilin ince filmlerin sol-jel yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of multilayer polyaniline thin films by sol-gel method
Yazar: DİCLE ÖNTAŞ
Danışman: DOÇ. DR. ÇİĞDEM İÇHEDEF
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Elektriksel iletkenlik = Electrical conductivity ; Film kaplama = Film coating ; Polianilin = Polyanilines ; Spin kaplama tekniği = Spin coating technique ; Yüzey kaplama = Surface coating ; Çok katmanlılık = Multi-layered ; İletken polimerler = Conducting polymers

Özet:
Günümüzde ince film alanında yapılan çalışmalar bilim insanları tarafından giderek artan ilgiyle karşılanmaktadır. İnce filmler arasında yer alan polianilin ince filmler, elektrik iletkenliği, çevresel kararlılık, termal kararlılık ve katkılanma özelliği ile çeşitli uygulamalarda tercih edilmektedir. Polianilin ince filmler; süper kapasitör, sensör, elektronik cihazlar, ilaç taşıyıcı sistemler, savunma gibi birçok alanda kullanılmaktadır. Bu çalışmada, tek katmanlı, 5 katmanlı, Ag katkılı ve Ag katkısız ince filmler sol-jel yöntemi ile sentezlenip spin kaplama yöntemi ile cam altlık üzerine kaplanmıştır. Polianilin ince film kaplaması yapılan cam altlıkların kimyasal, elektriksel ve morfolojik özellikleri incelenmiştir. Katman sayısı ve Ag katkısının polianilin ince filmlere etkisi belirlenmiştir. İnce filmlerin kimyasal karakterizasyonu Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) ile yapılmıştır. Termogravimetrik Analiz (TGA) ile polianilin tozunun 25-1000 oC'de karakterizasyonu yapılmıştır. Kütle kaybından sonra geriye kalan toplam kalıntının %24,47 saf polianilin olduğu belirlenmiştir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizi ile ince filmlerin morfolojik özellikleri incelenmiştir. Gözlemlenen porozitelerin büyüklüğünün 77,8 nm olduğu belirlenmiştir. Polianilin ince filmlerin (PANI) morfolojisinin gözenekli yapıya sahip olduğu ve Ag katkısının yüzey morfolojisini daha homojen hale getirdiği belirlenmiştir. X-ışını kırınımı (XRD) analizi ile polianilin ince filmlerin kristal yapısı incelenmiştir. Tek katmanlı Ag katkılı PANI ince filmin kristalliğinin tek katmanlı katkısız PANI ince filme göre daha yüksek olduğu belirlenmiştir. PANI ince filmlerinin kimyasal bileşimi XPS analizi kullanılarak belirlenmiştir. PANI ince filmlere, ince film kalınlığı ölçümü yapılmıştır. Tek katmanlı PANI ince filmlerin film kalınlığı, 1,21 µm ve 1,39 µm olarak ölçülmüştür. PANI ince filmlerin elektriksel özelliklerini belirlemek amacıyla I-V analizi yapılmıştır. Tek katmanlı katkısız PANI ince filmlerin iletkenliği 2,31x10-5(Ω.cm)-1, 5 katmanlı katkısız PANI ince filmlerin iletkenliği 59,5x10-5(Ω.cm)-1 , tek katmanlı Ag katkılı PANI ince filmlerin iletkenliği 1,51x10-5(Ω.cm)-1 , 5 katmanlı Ag katkılı PANI ince filmlerin iletkenliği 3,25x10-7(Ω.cm)-1  olarak ölçülmüştür. Bu tez çalışmasında, sol-jel yöntemi ile sentezlenen ve spin kaplama yöntemi ile cam altlık üzerine kaplaması yapılan polianilin ince filmlerin ince film teknolojisine katkıda bulunacağı düşünülmektedir.

Anahtar sözcükler: polianilin, PANI, sol-jel, ince film, iletkenlik, iletken polimer, Ag, spin kaplama

Abstract:
Recently, studies in the field of thin films are met with increasing interest by scientists. Polyaniline thin films, which are among the thin films, are preferred in various applications with their electrical conductivity, environmental stability, thermal stability and doping properties. Polyaniline thin films; are used in many fields such as super capacitors, sensors, electronic devices, drug delivery systems. In this study, single-layer, 5-layer, Ag-doped and Ag-free thin films were synthesized by sol-gel method and coated on glass substrate by spin coating method. The chemical, electrical and morphological properties of glass substrates coated with polyaniline thin film were investigated. The effect of the number of layers and Ag additives on polyanine thin films was determined. Chemical characterization of thin films was performed by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Characterization of polyaniline powder at 25-1000 oC was made by Thermogravimetric Analysis (TGA). The total residue remaining after mass loss was determined to be 24,47% pure polyaniline. Morphological properties of thin films were investigated by scanning electron microscopy (SEM) analysis. The size of the observed porosities was determined to be 77,8 nm. It has been determined that the morphology of polyaniline thin films (PANI) has a porous, fibrous structure and Ag additive makes the surface morphology more homogeneous. The crystal structure of polyaniline thin films was investigated by X-ray diffraction (XRD) analysis. It was determined that the crystallinity of the single layer Ag doped PANI thin film was higher than the single layer undoped PANI thin film. The chemical composition of PANI thin films was determined using XPS analysis. Thin film thickness measurement was performed on PANI thin films. The film thickness of single-layer PANI thin films was measured as 1,21 µm and 1,39 µm. I-V analysis was performed to determine the electrical properties of PANI thin films. The conductivity of single-layer undoped PANI thin films is 2,31x10-5(Ω.cm)-1, the conductivity of 5-layer pure PANI thin films is 59,5x10-5(Ω.cm)-1, the conductivity of single-layer Ag-doped PANI thin films is 1,51 x10-5(Ω.cm)-1, the conductivity of 5-layer Ag-doped PANI thin films was measured as 3,25x10-7(Ω.cm)-1. In this thesis, it is thought that polyaniline thin films synthesized by sol-gel method and coated on glass substrate by spin coating method will contribute to thin film technology.

Keywords: polyaniline, PANI, sol-gel, thin film, conductivity, conductive polymer, Ag, spin coating