Karbazol türevi polimerlerin yüzey özelliklerinin araştırılması
Investigation of surface properties of carbazol derivative polymers
Yazar: BEYZA UZUN
Danışman: DOÇ. DR. AYSEL AYDIN KOCAEREN
Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Matematik ve Fen Bilimleri Eğitimi Ana Bilim Dalı / Kimya Eğitimi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Son yıllarda endüstriyel ve ticari amaçla birçok iletken polimer türevi elektroaktif malzeme olarak kullanılmaktadır. Polipirol, polianilin, politiyofen, polikarbazol ve benzeri poliheterosiklik polimerlerin bir kısmının toz, süspansiyon, levha ve film şeklinde endüstriyel üretimi ve satışı yapılmaktadır. Bu tez çalışması, karbazol türevi monomerin homopolimeri ile tiyofen ve pirol ayrı ayrı (6C-T, 6C-P) kopolimerlerinin elektrokimyasal reaksiyon ile ITO-PET (Indium tin oxide kaplı polietilen tereftalat film) sentezlenmesini içermektedir. Oluşan polimerik filmlerin temas açısı ve iletkenlik ölçümlerinin yanı sıra UV, FT-IR, NMR, TG-DTG-DSC, SEM ve AFM gibi analiz yöntemleri ile karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Ayrıca elde edilen filmlerin spektroelektrokimyasal özellikleri de araştırılmıştır. Elde edilen analiz ve ölçüm sonuçlarına göre oluşan tiyofen-karbazol (6C-T), pirol-karbazol (6C-P) kopolimer filmlerin PET yüzeyi üzerinde zamana bağlı kararlılıklarının gayet iyi olduğu söylenebilir. Polimerlerin ısısal analiz sonuçlarına göre ise karbazol- pirol kopolimerinin termal bozunma sıcaklığı karbazol türevinin homopolimerine göre daha yüksek olduğundan termal kararlılığının daha iyi olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Temas açısı ölçümlerinde saf su kullanılarak yüzey incelemesi neticesinde, tüm polimerlerin temas açısı ˂ 90o olduğundan hidrofil özellik gösterdikleri belirlenmiştir. Polimer filmlerin sıcaklığa bağlı (25, 50 ve 90oC) elektriksel iletkenlik ölçümleri alınarak karşılaştırmalar yapılmıştır. P-6C homopolimerin elektriksel iletkenliği sıcaklığın artması ile 10 kat arttığı 6C-P kopolimer filminde sıcaklık arttıkça iletkenliğinin arttığı (29.3 S/cm) görüldü.  Ancak 6C-T kopolimerin 25oC' de elektriksel iletkenlik değerlerinin 13.7 S/cm, 90oC' de 1.99x10-2 S/cm olarak ölçüldü. Yani 6C-T kopolimerinin P-6C ve 6C-P'ye göre sıcaklık arttıkça elektriksel iletkenlik değerlerinin azaldığı gözlendi. Sentezlenen P-6C homopolimerin SEM görüntüsü incelendiğinde yuvarlak köşeli, irili ufaklı, homojen olmayan katmanlı bir yüzey olduğu görülmektedir. 6C-T kopolimerin SEM görüntüsünde tiyofenden kaynaklı yuvarlak köşeli küçük yapılar ve homojen olmayan düz bir yüzey görülmektedir. 6C-P kopolimerin SEM görüntüsünde ise ağımsı yapıların fazla olduğu sonucuna varılmıştır. Tüm sonuçlar birlikte değerlendirildiğinde 6C-P kopolimerinin yüksek elektriksel iletkenlik değerinden dolayı elektronik cihazlarda bileşen olarak kullanılabileceği düşünülmektedir.

Abstract:
In recent years, many types of conductive polymers have been used as electroactive materials for industrial and commercial purposes. Polypyrrole, polyaniline, polythiophene, polycarbazole and similar polyheterocyclic polymers are industrially produced and sold in the form of powder, solution, sheet and film. This thesis study involves the synthesis of ITO-PET (Indium tin oxide coated polyethylene terephthalate film) by the electrochemical reaction of the homopolymer of the carbazole derivative monomer and the copolymers of thiophene and pyrrole separately (6C-T, 6C-P). In addition to contact angle and conductivity measurements, the resulting polymeric films were characterized by analysis methods such as UV, FT-IR, NMR, TG-DTG-DSC, SEM and AFM. Additionally, the spectroelectrochemical properties of the obtained films were also investigated. According to the analysis and measurement processes obtained, the PET cells of the thiophene-carbazole (6C-T), pyrrole-carbazole (6C-P) copolymer films have good stability and brightness depending on time. Thermal analyzes of polymers show that the carbazole-pyrrole copolymer has better thermal stability at higher temperatures than the homopolymer, compared to the thermal decomposition temperature of the carbazole derivative. As a result of surface examination using water in contact angle measurements, it was determined that all polymers showed hydrophilic properties since the contact angle was ˂ 90o. Comparisons of cellular conductivity measurements were made depending on the temperature of polymer films (25, 50 and 90oC). It was observed that the conductivity of the P-6C homopolymer increased 10 times with the increase in temperature, and the conductivity of the 6C-P copolymer film increased with the temperature (29.3 S/cm). However, the electrical conductivity values of 6C-T copolymer were measured as 13.7 S/cm at 25oC and 1.99x10-2 S/cm at 90oC. In other words, it was observed that the cellular conductivity values of the 6C-T copolymer decreased compared to P-6C and 6C-P. When the SEM image of the synthesized P-6C homopolymer is examined, it is seen that it has a non-homogeneous layered surface with rounded corners, large and small. In the SEM image of the 6C-T copolymer, small structures with rounded corners originating from thiophene and a non-homogeneous flat surface are seen. It was concluded that there were many reticulated structures in the SEM image of 6C-P copolymer. When all the results are evaluated together, it is thought that 6C-P copolymer can be used as a component in electronic devices due to its high electrical conductivity value.