Diatomitin dielektrik, elektrokinetik ve viskoelastik özelliklerinin araştırılması
Investigation of dielectric, electrokinetic and viscoelastic characteristics of diatomite
Yazar: CEREN ÖZDEMİR
Danışman: PROF. DR. HALİL İBRAHİM ÜNAL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada, diatomit mineralinin çeşitli karakterizasyonlarının ardından dielektrik, elektrokinetik ve elektroreolojik (ER) özellikleri araştırıldı. Karakterizasyonlar XRD, TGA ve ATR-FTIR ölçümleri ile gerçekleştirildi. Su içinde hazırlanan diatomit dispersiyonların elektrokinetik özellikleri üzerine bir seri elektrolitler (NaCl, BaCl2, AlCl3, Na2SO4) içerisinde farklı derişimlerde dispersiyonlar hazırlanarak pH, derişim, yüzey aktif maddeler (setil trimetildiamonyum bromür, CTAB, sodyum dodesil sülfat, SDS, triton X100, TRITON-X) ve sıcaklık parametrelerinin etkileri araştırıldı. Ortamda sabit derişimde çeşitli elektrolitler varlığında ζ-potansiyeli değerleri incelendiğinde AlCl3 varlığında artan pH ile ζ-potansiyel değerinin +50 mV'dan -30 mV aralığında değişerek pH = 8,5'de izoelektrik noktadan (İEN) geçtiği görüldü. Diatomit taneciklerin silikon yağı (SO) içinde dağıtılması ile hazırlanan diatomit/SO dispersiyon sisteminin dielektrik özellikleri incelenerek dielektrik sabiti, polarlanabilirliği ve durulma süreleri belirlendi. %10 V/V Diatomit/SO sisteminde dielektrik sabiti ve dielektrik kaybı değerlerinde belirli frekansta yüksek durulma piki gözlendi. Ardından Diatomit/SO dispersiyonların ER akış davranışları üzerine kayma hızı, kayma gerilimi, elektrik alan kuvveti gibi parametrelerin etkileri elektroreometre ile dış elektrik alan kuvveti altında incelendi. Diatomit/SO dispersiyon sistemlerinde akma gerilimi (tauy) değeri E =0 kV/mm tauy = 1,5 Pa iken E =3,5 kV/mm uygulandığında tauy = 25 Pa değerine çıktığı görüldü. Viskozite değerlerinin E = 0 kV/mm iken tau = 6 Pa.s, E =3,5 kV/mm iken tau = 100 Pa.s değerine çıktığı; kayma hızının artışına karşı viskozite değerlerinin tau = 100 Pa.s değerinden tau = 5 Pa.s değerine düştüğü görüldü. Bu sonuçlardan yola çıkarak diatomit/SO sisteminin uygulanan reolojik koşullar karşısında Newtonian olmayan ve kayma incelmesi türünden viskoelastik akış davranışı gösterdiği sonucuna varıldı. Diatomit/SO dispersiyonların elastik modülü üzerine kayma gerilimi, frekans ve zamanın etkisi osilasyon testleri ile araştırılarak viskoelastik titreşim sönümleme kapasiteleri tespit edildi. Ayrıca diatomit/SO dispersiyonlara sürünme-geri kazanım testleri uygulandı ve tersinir viskoelastik deformasyon gösterdikleri belirlendi. En yüksek % geri kazanım değeri E=3,5 kV/mm iken %25 olarak belirlendi.

Abstract:
In this study, after various characterizations of diatomite mineral, dielectric, electrokinetic and electrorheological properties were investigated. Characterizations were carried out by XRD, TGA and ATR-FTIR measurements. Effects of a series of electrolytes (NaCl, BaCl2, AlCl3, Na2SO4) on electrokinetic properties of diatomite/H2O dispersions were investigated as functions of concentrations, pH, surfactants (cetyl trimethyldiamonium bromide, CTAB, sodium dodecyl sulfate, SDS, triton X100, TRITON-X) and temperature. Interms of the electrolyts, with the presence of AlCl3, ζ-potential values were observed to change from +50 mV to -30 mV by passing through an isoelectric point at pH = 8,5. Dielectric properties of diatomite/silicone oil (SO) dispersions were investigated and dielectric constant, polarizability and relaxation times were determined. 10 (V/V%) diatomite/SO system showed high relaxation peak at a specific frequency.  Then, the effects of shear rate, shear stress and electric field strength on the electrooreological (ER) flow behaviors of diatomite/SO dispersions were examined with the electrorometer under external electric field strength. In diatomite/SO suspension systems, yield strength was observed to be tauy = 1,5 Pa, and tauy = 25 Pa when the electric field was increased from E = 0 kV/mm to E = 3,5 kV/mm. Viscosity values were observed to be tau = 5 Pa s and tau = 100 Pa s at E = 0 kV/mm to E = 3,5 kV/mm, respectively, with the increasing shear rate. It was concluded that, diatomite/SO dispersion systems shows non-Newtonian and shear thinning flow behavior. The effect of shear stress, frequency and time on the elastic modulus of diatomite/SO dispersions was investigated by viscoelastic measurements and the materials were decided to have vibration damping properties. Further, creep-recovery tests were applied to diatomite/SO dispersions and reversible viscoelastic deformation was observed. The highest recovery% was determined to be 25% at E = 3,5 kV/mm.