Elektrokromik cihazlarda kullanmak için polimerik elektrolit eldesi
Polymeric electrolyte synthesis for use in electrochromic devices
Yazar: BEYZA AYDURAN
Danışman: DOÇ. DR. CÜNEYT HÜSEYİN ÜNLÜ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Polivinil alkol = Polyvinyl alcohol

Özet:
Polimerik jeller, polimerlerin çeşitli etkileşimler ile (H bağı, kovalent bağlar) çapraz bağlar oluşturmasıyla meydana gelir. İletkenliğin gerekli olduğu çeşitli uygulamalarda sıvı elektrolitlerin yerine polimerik jel kullanımı alternatif bir çözüm olarak ortaya çıkmaktadır. Polimerik jel elektrolitlerde, çapraz bağlı olan bir matrisin içinde iletkenliği sağlayacak çeşitli katkılar (redoks çiftleri, iyonlar vb.) eklenir. Örneğin, elektrokromik cihazlarda iletkenliğin sağlanması için polimerik matriks olarak polivinil alkol- boraks ikilisinden yararlanılmıştır. Belirli oranlarda eklenen bu iki bileşen, oldukça kolay bir şekilde hidrojel oluşturmaktadır. Ayrıca potasyum ferrisiyanür ve potasyum ferrosiyanür redoks çifti ile iletkenlik sağlanmıştır.
Son yıllarda, biyopolimerlerin çeşitli alanlarda kullanımları da oldukça yaygındır. Çalışmalar incelendiğinde, kitosan, karboksimetil selüloz gibi polimerler jel oluşturma özelliğine sahiptir.
Polivinil alkol, guar gam ve polivinil alkol + guar gam ile yapılan jellerin eklenen boraks miktarı ile farklı sonuçlar verdiği gözlenmiştir. Boraks miktarının çok az veya çok fazla olduğu durumlarda viskozitenin düştüğü görülmüştür. Bunun nedeni, boraksın az olduğu durumlarda yeteri kadar çapraz bağların oluşamaması; boraksın çok olduğu durumlarda ise kompleksleşmenin fazlaca gerçekleşmesi olduğu düşünüldü. İletkenlik için eklenen redoks çiftinin de viskoziteye doğrudan etkisi olduğu gözlenmiştir.
İletkenlik ölçümleri ilk olarak prob daldırma yöntemiyle bakılmıştır. Saf suyun (30 μS) iletkenliğine göre jellerde bir iletkenlik artışı gözlenmiştir. Sadece guar gam ile yapılan jelin iletkenlik ölçümünde 80 μS, buna ek olarak redoks çifti eklenen jelde iletkenlik 100 μS olarak gözlenmiştir.
FTIR ölçümlerinde spektrumlar incelenmiş ve farklılıklar belirlenmeye çalışılmıştır. İstatiksel bir yöntem olan temel bileşenler analizi (PCA) ile spektrumların ikinci türevi üzerine uygulanmıştır. Sonuçlara göre, demir miktarının artışı, çapraz bağ miktarına etki etmektedir.
Jellerin bazıları tungsten oksit kaplı ITO elektrotlarda, zayıf da olsa elektrokromik özellik göstermiştir.

Abstract:
Polymeric gels are known as to be formed when polymers form crosslinks through various interactions like H bond, covalent bonds. As an alternative solution, polymeric gel may be used instead of liquid drains for various applications in which conductivity is required. Various additives (redox couples, ions, etc.) are added to provide conductivity in a cross-linked matrix in polymeric gel electrolytes. Archetypally, in order to ensure conductivity in those kind of electrochromic devices, polyvinyl alcohol-borax combination had been used as polymeric matrix. Polyvinyl alcohol- borax component that is formed by certain proportions can originate hydrogels quite easily. Besides, conductivity is provided by potassium ferricyanide and potassium ferrocyanide redox couple.
Lately, the scientific use of biopolymers in various fields is quite common. If the research is taken into the consideration, polymers such as chitosan and carboxymethyl cellulose have the ability to form gels. In this research, different gels were prepared with polyvinyl alcohol as polymer matrix and/or guar gum as biopolymer and borax as crosslinker. The while, potassium ferricyanide/ferrocyanide was added to the solutions to augment the conductivity. The gels obtained were evaluated in terms of rheological, spectral and conductivity measurements. As an observation, it was found that gels made with polyvinyl alcohol, guar gum and polyvinyl alcohol + guar gum gave different results depends on the amount of borax added. It has been observed that the viscosity decreases in cases where the amount of borax is too little or too much. The reason behind this relationship is that insufficient cross-links cannot be formed in cases where borax is low. In cases where the amount of borax was high, it was thought that complexing occurred too much. It has been observed that the redox couple added for conductivity has a direct effect on viscosity.
Conductivity measurements were first examined by probe immersion method. An increase in conductivity was observed in the gels compared to the conductivity of pure water (30 μS). In the conductivity measurement of the gel made with only guar gum, the conductivity was observed as 80 μS, and in the gel with an additional redox couple added, the conductivity was observed as 100 μS.
In addition, the spectra were examined, and the differences were tried to be determined for FTIR measurements. Principal component analysis (PCA), a statistical method, was applied to the second derivative of the spectra. According to the results, the increase in the amount of iron affects the amount of crosslinking. Some of the gels showed electrochromic properties, albeit weakly, on tungsten oxide coated ITO electrodes.