Elastomer esaslı üçlü kompozitlerin sentezi, karakterizasyonu ve gaz sensörü özelliklerinin araştırılması
Synthesis, characterization of elastomer-based ternary composites and investigation of their gas sensor properties
Yazar: AYŞENUR ASLAN
Danışman: PROF. DR. BEKİR SARI
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada; kimyasal polimerleşme yöntemiyle, önce yükseltgen olarak demir(III) klorür (FeCl3) ve çözücü olarak susuz kloroform (CHCl3) kullanılarak polipirol (PPy) sentezlendi. Sonra, PPy'nin farklı kütle oranlarında; poli(cis-1,4 izopren) (PI) ve polistiren (PS) ile (PS/PI/PPy) üçlü kompozitleri hazırlandı. PPy ve üçlü kompozitler gaz sensörü ölçümlerinde kullanılmak üzere pelet haline getirildi. Örneklerin iletkenlikleri, oda sıcaklığında ve farklı sıcaklıklarda dört nokta tekniği ile ölçüldü. Sıcaklık arttıkça kompozitlerin iletkenliklerinin arttığı belirlendi. Peletlerin önce 20-50℃ sıcaklık aralığında iletkenlik özellikleri daha sonra 10 farklı kimyasal madde buharına (çözücü) karşı gaz sensör özellikleri incelendi. Gaz sensör ölçümleri sıcaklık kontrollü olan ve madde akışına karşı izole edilmiş bir sistemde gerçekleştirildi. Kütlece üç farklı yüzdede sentezlenen kompozitin ve PPy'nin, 10 farklı kimyasal madde buharına karşı gaz sensör özellikleri incelendi. Etki-cevap süresi açısından en iyi gaz sensör özelliği hidroklorik asit (HCl) buharında elde edildi. Deneyler süresince sıvı kimyasal madde buharları doğal difüzyon ile polimere nüfuz ettiğinden, hem çözücülerin her biri için difüzyon katsayıları hem de bu çözücülerin zamana bağlı kütle akışı denklikleri oluşturulup, ölçüm süresi boyunca sistemdeki çözücü derişimleri hesaplandı. Kütle aktarımında önemli parametreler olan gözeneklilik ve bükümlülük faktörü PPy ve kompozitler için cıva porozimetresi ile incelendi. Hazırlanan peletlerin yapıları; FTIR, Termogravimetrik Analiz (TGA), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve X-Işını Kırınımı (XRD) ile incelendi. XRD analizi sonuçları, PPy ve kompozitlerin amorf yapıda olduklarını gösterdi. Yapılan bu tez çalışması kapsamında hazırlanılan üçlü kompozit sistemi gaz sensörü olarak kullanılma potansiyeline sahip özgün, yeni ve güvenilir bir sistemdir.

Abstract:
In this study; Polypyrrole (PPy) was synthesized by chemical polymerization method using iron(III) chloride (FeCl3) as oxidant and anhydrous chloroform (CHCl3) as solvent. Triple composites which is composed of poly (cis-1,4 isoprene) (PI) and polystyrene (PS) (PS/PI/PPy) were prepared by using different concentration of PPy. PPy and ternary composites were pelletized for use in gas sensor measurements. The conductivity of the samples was measurement using four-prop technique. The results showed that the conductivity of the samples increase with increasing the temperature. First, the conductivity properties of the pellets in the temperature range of 20-50˚C were measured and then the gas sensor properties against 10 different chemical vapors (solvent) were examined. The measurements of the gas sensor properties of the composites were carried out in a system with temperature control and isolated against material flow. Gas sensor properties of the different composites and PPy were examined against 10 different chemical substance vapors. The best gas sensor property for the composites in terms of effect-response time was obtained in HCl vapor. Since the liquid chemical vapors penetrate the polymer by natural diffusion during the experiments, both the diffusion coefficients for each of the solvents were calculated. Moreover, the time-dependent mass flux balances of these solvents and also the concentration of the solvents in the system were calculated during the measurement period. The porosity and twist factor, which are important criteria in mass transfer, were examined for both PPy and composites by mercury porosimetry. The chemical characterization of the composites was investigated by FTIR. The morphology of the composites was examined by Scanning Electron Microscope (SEM). Moreover, the thermal properties of both PPy and composites were investigated by Thermogravimetric Analysis (TGA). In addition, conductivity of the samples was measured at different temperatures using the four-point technique. Further, X-Ray Diffraction (XRD) analysis results showed that PPy and composites were amorphous. As a result, in this study, novel ternary composites were synthesized by a facile and reliable method. The results showed that these composites have a promising potential for using in gas sensor applications.