Kendi kendini onaran vanadyum pentoksit ve grafen oksit katkılı polimer kompozit malzemelerin üretilmesi ve karakterizasyonu
Production and characterization of vanadium pentoxide and graphene oxide reinforced self-healable polymer composite materials
Yazar: ALİ SABRİ BERKEM
Danışman: PROF. DR. AHMET ÇAPOĞLU ; DR. ÖĞR. ÜYESİ İLKE ANAÇ
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Bu tez çalışmasında grafen oksit ve vanadyum pentoksit nanofiber katkılı kendi kendini onaran kompozitlerin üretilmesi ve karakterizasyonu üzerine çalışılmıştır.  V2O5 nanofiberleri polikondensasyon reaksiyonları kullanılarak sentezlenmiştir ve XRD, SEM, BET, TEM ve XPS teknikleriyle karakterize edilmiştir. İndirgenmiş gragen oksit (RGO) katkısı Hummer metodu kullanılarak sentezlenmiştir ve hidrazin hidrat kullanılarak indirgenmiştir. RGO katkısı XRD, Raman spektroskopisi, BET, TEM ve XPS teknikleri kullanılarak karakterize edilmiştir. PDMS-g-PUR'un hazırlanması için, bir ucu -COOH fonksiyonel grubuna sahip lineer alifatik poliüretan (PURCOOH) sentezlenmiştir ve EDC/HCl birleştirme reaksiyonu ile PDMS'e aşılanmıştır. PURCOOH ve PDMS-g-PUR, 1H NMR, FTIR ile karakterize edilmiştir. PDMS-g-PUR ve kompozitlerin kendi kendini iyileştirme yeteneği, mekanik testler ve optik mikroskop ile belirlenmiştir. PDMS-g-PUR/V2O5, PDMS-g-PUR/GO ve PDMS-g-PUR/GO-V2O5 kompozitleri hazırlanmıştır ve karakterize edilmiştir. Kompozitlere DSC/TGA, DMA, çekme testleri ve reoloji testleri yapılmıştır. Elde edilen veriler PDMS-g-PUR kopolimerinin verileri ile kıyaslanmıştır. Mekanik testlerden elde edilen çekme dayanımı verileri sonucunda, PDMS-g-PUR'un iyileşme verimi %85,4 olarak bulunmuştur. V2O5 nanofiberler ve RGO eklenmesiyle, PDMS-g-PUR'un mekanik özelliklerinde ve iyileşme veriminde artış meydana gelmiştir. Polimere ağırlıkça %50 V2O5 nanofiber veya %50 RGO eklendikten sonra diğer kompozitlerle kıyaslandığında iyileşme veriminde düşüş meydana gelmiştir. Bu durum reolojik modeller kullanılarak açıklanmıştır. PDMS-g-PUR/GO kompozitlerine mekanik kuvvet uygunalarak kompozitlerde meydana gelen elektriksel değişimler ölçülmüştür. Artan kuvvet ile RGO katkılı kompozitlerde elektriksel tepkiler artmıştır. Ayrıca bu kompozitlere, iyileşme sonrasında da aynı testler yapılmıştır ve kuvvette duyarlı benzer elektriksel tepkiler alınmıştır. PDMS-g-PUR/G30 kompozitlerinin elektromekanik uygulamalar için daha uygun olduğu gözlemlenmiştir. PDMS-g-PUR/G30 kompozitine V2O5 katkısı yapılmıştır ve artan katkı miktarı ile iletkenliğin düştüğü saptanmıştır.

Abstract:
In this thesis, the synthesis and characterization of graphene oxide and vanadium pentoxide nanofiber reinforced self-healable polymer nanocomposites were studied. V2O5 nanofibers were synthesized by using polycondensation reactions and characterized by XRD, SEM, BET, TEM and XPS techniques. The reduced graphene oxide (RGO) filler was synthesized by using the Hummer method and reduced using hydrazine hydrate. The RGO was characterized by using XRD, Raman spectroscopy, BET, TEM and XPS techniques. For the preparation of PDMS-g-PUR, linear aliphatic polyurethane (PURCOOH) with one functional end-group -COOH was synthesized and grafted to PDMS by EDC/HCl coupling reaction. PURCOOH and PDMS-g-PUR were characterized by 1H NMR, FTIR. The self-healing ability of PDMS-g-PUR and composites was determined by mechanical tests and optical microscopy. PDMS-g-PUR/V2O5, PDMS-g-PUR/GO and PDMS-g-PUR/GO-V2O5 composites were prepared and characterized. DSC/TGA, DMA, tensile and rheology tests were performed on the composites. The obtained datas were compared with the datas of PDMS-g-PUR copolymer. As a result of the tensile strength datas obtained from mechanical tests, the healing efficiency of PDMS-g-PUR was found to be 85.4%. With the increase of the amount of V2O5 nanofibers and RGO in composites, the mechanical properties and healing efficiency of PDMS-g-PUR increased. After 50 wt. % V2O5 nanofiber or 50 wt. % RGO was added to the polymer, there was a decrease in healing efficiency compared to other composites. This phenomenon is explained by using rheological models. Electrical responses were measured by applying force to the PDMS-g-PUR/GO composites. The change of electrical response increased with the increasing force and RGO amount. In addition, the same tests were performed on these composites after self-healing, and similar strong electrical responses were measured. PDMS-g-PUR/G30 composites were more suitable for electromechanical applications. Also, V2O5 was added to PDMS-g-PUR/G30 composite and it was determined that the amount of conductivity decreased with increasing additive quantity.