Farklı yoğunlukta ve özellikte bulunan polimerlerin topografi, sürtünme, adhezyon ve nanomekanik özelliklerinin atomik kuvvet mikroskobisi kullanılarak belirlenmesi.
Determination of topographic, tribologic and nanomechanical properties of various bulk polymers by atomic force microscopy
Yazar: MERT MUHAMMED KOÇ
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA OĞUZHAN ÇAĞLAYAN
Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Atomik kuvvet mikroskobu = Atomic force microscope

Özet:
Birçok endüstriyel malzemenin karakterizasyonunda ve kalite kontrolünde, mekanik testler sıkça kullanılır. Malzemenin mekanik özellikleri, malzemenin kullanılması amaçlanan kullanım yerine uygunluğunu belirleyen bir özelliktir. Fakat mekanik özelliklerin farklı ölçeklerde gerçekleştirilmesi sonucu elde edilen ölçüm değerleri kendi aralarında karşılaştırılabilir değildir ve yapılan ölçümlerin sonuçları deneysel yönteme bağlıdır. Malzemelerin yapısal özelliklerinin mikrometre altı ölçeklerde (sub-micron) belirlenmesi, özellikle gelişmiş malzemelerin karakterizasyon ve kalite kontrol testlerinde kullanılmaktadır. Özellikle mikrometre altı ölçekte görüntüleme yapan cihazlar, yeni malzemelerin geliştirilmesinde kullanılmaktadır. Örneğin Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) yeni nesil malzemelerin geliştirilmesi sırasında kullanılan temel analiz cihazlarından birisidir. Bu nedenle, bir kalite kontrol laboratuvarında bulunması muhtemel bir AFM cihazı kullanılarak, malzemenin nanomekanik ve yüzey özelliklerinin belirlenmesi de sağlanabilir. Örneğin, Kuvvet spektroskopisi (FS) modu, temel bir AFM modudur. Bu yöntemde AFM probu µN mertebesi ile pN mertebesi arasında dikey kuvvetler uygulayabilen bir indenter olarak kullanılabilir. Bu işlem sırasında AFM probu numune yüzeyinden içeriye doğru belirli bir ∆z mesafesinde itilir, etkileşim gerçekleştirdikten sonra da AFM probu yeniden başlangıç pozisyonuna getirilir. Bu işlem yüksek bir kuvvet çözünürlüğünde tüm malzemeler için nanomekanik ölçümler sağlar. Elde edilen veri kuvvet eğrisidir ve numunenin elastik ve plastik özelliklerini nicel olarak belirlenmesini sağlar. Sunulan tezde piyasada bulunan farklı yoğunlukta ve özellikte yığın polimer malzemelerin yüzey analizleri ve nanomekanik özelliklerinin nanoindentasyon yöntemi ile belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu temel amaç dâhilinde farklı polimerlerin (PP, LDPP, ABS gibi) mekanik ve yüzey özelliklerinde gerçekleşecek olan değişimlerin, yeni bir teknik olan kuvvet spektroskopisi (FS) yöntemi ile atomik kuvvet mikroskobu (AFM) kullanarak belirlenmesi amacıyla metot geliştirilmiştir. Polimerlerin mekanik özelliklerinin yanı sıra, tribolojik özellikleri de değerlendirilmiş ve polimerlere ait mikro-triboloji haritaları elde edilmiştir.

Abstract:
The mechanical tests are commonly used in many industrial material characterization and quality control stages. The mechanical properties of the material used is a material property that qualifies the intended use. However, the results obtained by performing mechanical tests at different scales are not comparable with each other, and unfortunately the results of the measurement depends on the experimental method. Determination of structural properties of the materials at micro and submicro ranges is mainly used in the characterization and quality control tests of the advanced materials. In particular, submicrometer scale imaging devices have been used for the development of new materials. For example, Atomic Force Microscope (AFM) is a well known analyzer used during the development of new generation materials. Therefore, in a quality control laboratory using an atomic force microscope, it is possible to determine the nanomechanical and surface properties of the material. For instance, force spectroscopy (FS) mode is a basic AFM mode. In this method, the AFM probe is used as an indenter which implements the vertical forces between µN and pN range. During this process, AFM tip is pushed inwards to a distance (∆z) from the sample surface, then it is retracted to the starting position after performing the indentation. This allows nanomechanical measurements for all materials with high force resolution. Force curve data is obtained and allows to quantitatively determine the elastic and plastic properties of the sample. In this thesis, the surface and nanomechanical properties of the various bulk polymers on the market (e.g. PP, LDPP, and ABS) with different density and functionality were determined by the nanoindention method. The main purpose of this thesis is to develop a methodology for determining the changes that will occur within the mechanical and surface properties of various polymers by using a new technique called as Force Spectroscopy (FS) which is applied by AFM. The mechanical properties as well as the tribologic properties of the polymers were determined and evaluated. The micro-tribologic mapping were also reported.