Grafen, bor ve nadir toprak elementleriyle katkılanmış poliviniliden florür nanokompozit piezo malzemelerin üretimi ve karakterizasyonu
The fabrication and characterization of polyvinylidene fluoride nanocomposite piezomaterials doped graphene, boron and rare earth elements
Yazar: YUSUF BADALİ
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM USLU ; PROF. DR. ŞEMSETTİN ALTINDAL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Piezoelektrik özelliği olan poliviniliden florür (PVDF) malzemenin; sertlik, termal dayanıklık ve elektriksel özelliğini geliştirmek bu çalışmanın esas amacını oluşturmaktadır. PVDF, elektriksel olarak yalıtkan, yüksek korozyona dirençli, esnek, düşük üretim maliyeti ve zehirsiz olması nedeniyle yeni nesil piezoelektrik malzeme uygulamalarında tercih edilen polimerdir. Ancak piezoelektrik yük sabiti ve sertlik değerlerinin istenilen seviyelerde olmaması bu malzemenin kullanılmasına bazı kısıtlamalar getirmiştir. Bu nedenle yapılan bu çalışmada grafen, bor, seryum ve erbiyum katkı maddesi olarak polimer içine eklenip nanokompozit malzeme üretilmiştir ve elektro-eğirme tekniğini kullanarak tamamen homojen bir yapı elde edilmiştir. Dört kristal fazından oluşan yarı kristal PVDF polimere, grafen katkılaması; bu polimerin polar olmayan α fazından polar β fazına bir geçiş yapmasına neden olmaktadır. Bu β fazı, malzemenin piezoelektrik özelliğinden sorumludur, dolayısıyla grafen katkılaması piezoelektrik özelliğin iyileşmesi ile sonuçlanmaktadır. Bor ve nadir toprak elementlerin malzeme içinde oluşturduğu çapraz bağlar bu malzemenin kristal yapısının güçlenmesine ve mekanik stabilitesinin artmasını sağlar. Dolayısıyla nanokompozit malzemeye grafenin yanısıra birde bor, erbiyum ve seryum eklenmiştir. Farklı kompozisyonlarda hazırlanan  örneklerin morfolojik yapısı, kristalizesi, termal ve mekanik stabilitesi incelenmiş ve karakterizasyonu yapılmıştır. Ayrıca katkı maddelerin ilavesinin, örneklerin dielektrik ve piezoelektrik sabiti üzerindeki etkisi de ölçülmüştür. Elde edilen sonuçlar seramik piezoelektrik malzemelere alternatif olabilecek kompozisyonların mümkün olduğunu, ayrıca mevcut özelliklerin daha da geliştirme potansiyeline sahip olduğunu ortaya koymuştur.

Abstract:
The main purpose of this study is to improve the hardness, thermal stability and electrical characteristics of piezoelectric polyvinylidene fluoride (PVDF) material. In new generation of piezoelectric material application PVDF material is preferred polymers because of it is electrically insulating, flexible, cost-effective, non-hazardous and has high corrosion resistance. However, lack of the desired levels of piezoelectric charge constant, and hardness introduced some restrictions on the use of this material. Thus, this study try to obtain nanocomposite material by adding graphene, boron, cerium and erbium as additives and  by using the electro-spinning technique give a fully homogeneous structure to it. By doping graphene in to PVDF semi-crystalline polymer, which consisting of four crystalline phase, caused to make a transition from non-polar α phase to polar β phase in this polymer. This β-phase is responsible for the piezoelectric properties of the materials. Therefore; graphene doping, result in the improvement of the piezoelectric property. Boron and rare earth elements by making cross-link in polymer leads to strengthen the crystal structure of the material and increased mechanical stability. Therefore; besides graphene, boron, cerium and erbium added to nanocomposite material, too. The morphological structure, crystalline, thermal, and mechanical stabilities of the samples which are prepared in different compositions have been investigated and characterized. Also, the effect of admixtures on the dielectric and piezoelectric constant of samples has been measured. The obtained results showed that, these materials have the potential of being the alternative instead of ceramic piezoelectric materials; in addition, they have potential to develop existing features to better ones.