CuO nanoparçacık yeşil sentezi ve PVA matrisli kompozit film üretimi
CuO nanoparticle green synthesis and composite film production with PVA matrix
Yazar: FATMA AYDENİZ
Danışman: PROF. DR. HASAN FERDİ GERÇEL
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Temel İşlemler ve Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Bakır oksit = Copper oxide

Özet:
Son yıllarda çeşitli nanoparçacıkların sentezi için bitki kök, gövde, yaprak ve saplarının sulu ekstraktlarında bulunan ikincil metabolitlerin kullanımı yeni bir çevre dostu teknoloji olarak dikkat çekmektedir. Bakır (II) oksit (CuO) nanoparçacıklar, kristal boyutun azalmasıyla birlikte mikro boyuttaki özelliklerinden üstün özellikler sergilemelerinden dolayı, güneş enerjisi sistemleri, yarı iletkenler, katalizörler ve gaz sensörleri gibi birçok endüstriyel alanda kullanım alanı bulmaktadır. Bu çalışmada, CuO nanoparçacıklarının sentezi için indirgeyici olarak enginar sapı (Cynara Scolymus L.) sulu ekstraktı kullanılarak toksik olmayan, çevre dostu ve düşük maliyetli bir yeşil sentez yöntemi geliştirilmiştir. Sentezlenen nanoparçacıklar, UV-Görünür bölge (UV-Vis) spektroskopisi, Fourier dönüşümlü infrared (FTIR) spektroskopisi, X-ışınları kırınım (XRD) yöntemi ve taramalı elektron mikroskopisi (SEM) ile karakterize edilerek, geliştirilen yöntem sonucunda küresel CuO nanoparçacıkların (˂25 nm)  sentezlendiği doğrulanmıştır. Çalışma kapsamında, polivinil alkol (PVA) matrisine farklı oranlarda polietilen glikol (PEG), gliserin ve akasya sakızı polimerleri ile sentezlenen CuO nanoparçacıklar eklenerek farklı kompozit ve nanokompozit filmler hazırlanmıştır. Eklenen katkıların kompozit ve nanokompozit filmlerin kimyasal yapısı, morfolojik özellikleri, termal bozunma davranışları, mekanik ve elektriksel özellikleri üzerindeki etkileri; sırasıyla FTIR spektroskopisi, SEM, termogravimetrik analiz (TGA), çekme testi ve dielektrik sabiti ölçümleri ile incelenmiştir. FTIR analizi sonucunda PVA zincirleri ile PEG molekülleri yapısında yer alan hidroksil grupları arasında yeni hidrojen bağları oluştuğu belirlenmiştir. TGA ve dielektrik sabiti ölçümlerinden elde edilen veriler, çalışma sonucunda saf PVA filme kıyasla 600oC'deki kalıntı yüzdesinin %81 ve dielektrik sabitinin %30 arttırıldığını göstermiştir. Çekme testi sonucunda, saf PVA filmin çekme mukavemetinin (38,85 MPa), %20 PEG ve %3 CuO nanoparçacık katkısı ile  %503 artırarak 234,34 MPa'a yükseldiği belirlenmiştir. 

Anahtar sözcükler: Yeşil sentez, Bakır oksit nanoparçacık, Polivinil alkol, Polietilen glikol, Nanokompozit film.

Abstract:
In recent years, the use of secondary metabolites in aqueous extracts of plant roots, stems, leaves and stalks for the synthesis of various nanoparticles has attracted attention as a new environmentally friendly technology. Copper (II) oxide (CuO) nanoparticles find use in many industrial areas such as solar energy systems, semiconductors, catalysts and gas sensors, due to their superior properties in micro-scale with the reduction of crystal size. In this study, a non-toxic, environmentally friendly and low-cost green synthesis method was developed for the synthesis of CuO nanoparticles using the aqueous extract of artichoke stem (Cynara Scolymus L.) as a reducing agent. The synthesized nanoparticles were characterized by UV-Vis spectroscopy (UV-Vis), Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, X-ray diffraction (XRD) method and scanning electron microscopy (SEM), and as a result of the developed method, spherical CuO nanoparticles (˂25 nm) was confirmed to be synthesized. Within the scope of the study, different composite and nanocomposite films were prepared by adding the synthesized CuO nanoparticles, polyethylene glycol (PEG), glycerine and gum acacia polymers in different ratios to the polyvinyl alcohol (PVA) matrix. The effects of the additives on the chemical structure, morphological properties, thermal degradation behaviors, mechanical and electrical properties of composite and nanocomposite films were investigated by FTIR spectroscopy, SEM, thermogravimetric analysis (TGA), tensile tests and dielectric constant measurements, respectively. As a result of the FTIR analysis, it was determined that new hydrogen bonds were formed between PVA chains and hydroxyl groups in the structure of PEG molecules. The data obtained from TGA and dielectric constant measurements showed that the percentage of residue at 600oC was increased by 81% and the dielectric constant by 30% compared to pure PVA film as a result of the study. As a result of the tensile tests, it was determined that the tensile strength (38.85 MPa) of the pure PVA film increased by 503% to 234.34 MPa with the addition of 20% PEG and 3% CuO nanoparticles.
Key words: Green synthesis, Copper oxide nanoparticle, Polyvinyl alcohol, Polyethylene glycol, Nanocomposite film.