Dielektrik uygulamalar için poliviniliden florür (PVDF) tabanlı nanokompozitlerin şekil hafıza özelliklerinin geliştirilmesi
Enhancement of shape memory properties of polyvinylidene fluoride (PVDF) based nanocomposites for dielectric applications
Yazar: MELEK GÜNER
Danışman: PROF. DR. NİYAZİ ÖZDEMİR
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Teknolojileri Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Teknolojileri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Günümüz teknoloji koşullarında kullandığımız geleneksel malzemelerin yüksek maliyet, termal kararsızlık, kötü mekanik dayanım, düşük korozyon direnci ve düşük elektriksel iletkenlik, toksisite gibi olumsuz özelliklerinin ortadan kaldırılması ve ihtiyaçlara cevap verebilmesi amacıyla, nano boyutlarda malzemelere yeni özelliklerin kazandırıldığı nanokompozit malzemeler geliştirilmektedir. 
Poliviniliden florür (PVDF), çok fonksiyonlu özelliklere sahip en önemli floropolimerlerden biridir ve piezoelektrik, piroelektrik, ferroelektrik ve dielektrik alanlarda kapsamlı bir şekilde araştırılmıştır. Ancak PVDF'ün şekil hafıza özelliklerinin incelenmesi ile ilgili sınırlı sayıda çalışma mevcuttur. PVDF'ün fonksiyonel özellikleri, kimyasal işlevsellik ve yüzey özelliklerinin geliştirilmesi için nano boyutlu dolgu elemanları ile özellikleri iyileştirilerek kullanım verimliliğinin arttırılmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tez çalışmasında, dielektrik uygulamalarda sıklıkla kullanılan, PVDF'ün eksikliklerinin üstesinden gelmek ve yüksek performans özelliklerini geliştirmek için PVDF matris içine farklı oranlarda nanopartiküllerin (ZnO, TiO2, Fe3O4,HAp, GO) eklenmesiyle üretilen nanokompozitlerin şekil hafiza özelliklerinin (şekil kararlılığı (Rf) ve şekil hatırlama oranları (Rr)) geliştirilmesi amaçlanmıştır. PVDF ve PVDF matrisli nanokompozitler çözelti döküm yöntemi kullanılarak hazırlanmıştır. Üretilen polimer nanokompozitlerin yapısal, kimyasal, morfolojik ve termal özellikleri XRD, FTIR, UV, SEM, EDX, TGA/DTA ve DSC gibi yöntemlerle karakterize edilmiştir. Dielektrik özelliklerin incelenmesinde dielektrik spektroskopi yöntemi kullanılmış, şekil hafıza testlerinde ise sıcaklığa bağlı olarak şekil kararlılığı (Rf) ve şekil hatırlama (Rr) oranları bükülme testleri ile belirlenmiştir. 
PVDF nanokompozitlerin, α fazından β fazına geçiş sergilediği ve kristalitesinin dolgu oranının artmasıyla arttığı gözlemlenmiştir. Ayrıca, nanopartiküllerin PVDF matrisinin dielektrik özelliklerini ve AC iletkenlik özelliklerini iyileştirdiği belirlenmiştir. PVDF ve PVDF kompozitlerinin, sıcaklığa bağlı olarak şekil hafıza özelliği (Rf ve Rr'nin ortalama %90'dan fazla) gösterdiği ise bükülme testleri ile kanıtlanmıştır.

Abstract:
In order to eliminate the negative properties of traditional materials we use in today's technological conditions such as high cost, thermal instability, poor mechanical strength, low corrosion resistance, low electrical conductivity, and toxicity and to meet the needs, nanocomposite materials are being developed in which new properties are imparted to materials at nanoscales. 
Polyvinylidene fluoride (PVDF) is one of the most important fluoropolymers with multifunctional properties and has been extensively researched in piezoelectric, pyroelectric, ferroelectric and dielectric fields. However, there are limited studies on the shape memory properties of PVDF. In order to improve the functional properties, chemical functionality and surface properties of PVDF, it is necessary to improve its properties with nanoscale reinforcement elements and increase its usage efficiency. In this thesis, it is aimed to improve the shape memory properties (shape stability (Rf) and shape memory ratios (Rr)) of nanocomposites produced by adding different ratios of nanoparticles (ZnO, TiO2, Fe3O4, HAp, GO) into PVDF matrix in order to overcome the deficiencies of PVDF, which is frequently used in dielectric applications, and to improve its high performance properties. PVDF and PVDF matrix nanocomposites were prepared by solution casting method. The structural, chemical, morphological and thermal properties of the produced polymer nanocomposites were characterized and determined by methods such as XRD, FTIR, UV, SEM/EDX, TGA/DTA and DSC. Dielectric spectroscopy method was used to examine the dielectric properties, and in shape memory tests, shape stability (Rf) and shape memory (Rr) ratios depending on temperature were determined by bending tests.
It was observed that PVDF nanocomposites exhibited a phase transition from the α phase to the β phase, and the crystallinity increased with the addition of nanofiller content. Moreover, nanoparticles were found to improve the dielectric properties and AC conductivity of the PVDF matrix. Bending tests demonstrated that PVDF and PVDF composites exhibit shape memory properties (Rf and Rr averaging more than 90%) depending on temperature.