Floresans özellik gösteren florofor katkılı polimer malzemelerin mekanik, termomekanik ve mekanokromik özelliklerinin incelenmesi /
Yazar: MERT OKTAR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SEÇİL ÇELİK ERBAŞ
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Akıllı malzemeler; gerilim, gerinim, sıcaklık, nem, pH, elektrik veya manyetik alanlar gibi harici uyaranlarla bir veya daha fazla özelliği kontrollü bir şekilde değiştirilebilen malzemelerdir. Bu nedenle bu malzemelere uyaranlara duyarlı malzemeler de denebilir. Akıllı malzemelerin geliştirilmesi ve büyük ölçekli uygulanmasının, malzeme biliminin geliştirilmesinde büyük bir rol oynayacağına inanılmaktadır. 
Sadece belirlenen özel koşullara tepki verebilen malzemeler geliştirebilmek için moleküler düzeyde gerçekleşen hareketlerin kontrolü oldukça önemlidir. Akıllı malzemelerin özelliklerini kontrol edebilmek için kullanılan basit ve önemli bir etki de mekanik etkidir.  Akıllı malzemeler, gerilme, eğilme, basma, öğütme gibi dış mekanik uyaranlara bir tepki gösterirler ve bu özellik Mekanokromizm olarak bilinir. Mekanokromizm; tribokromizm ya da presleme olarak da bilinen mekanik öğütme, ezme veya sürtünmenin sebep olduğu renk değişimi olgusunu ve ayrıca maddenin katı haldeki renginin (piezokromizm), ısıtma ya da yeniden kristalleşme aşamalarında değişmesini ve orijinal rengine geri döndürülmesini tanımlayan kapsamlı bir terimdir.
Mekanoflorokromik terimi ise uygulanan dış mekanik etki altında bir malzemenin emisyon dalga boyunun değişmesi özelliğine verilen addır. Akıllı malzemelerin sınıfı olan mekanoflorokromik malzemeler, floresans düğmeler, mekanosensörler, güvenlik amaçlı kullanılan kağıtlar, optoelektronik aygıtlar ve veri depolama sistemleri gibi birçok yerde kullanılabilmektedirler. Mekanoflorokromik davranış, bir mekanik etki altında molekülde meydana gelen fiziksel ya da kimyasal değişimin bir sonucudur. Bu değişimler molekülde bağ kopması ve yeni bağların oluşması şeklinde gözlemlenebildiği gibi, molekül içi bağ konfigürasyonlarının ya da kristal paketlenme özelliğinin farklılaşmasına bağlı olarak moleküller arası kuvvetlerin farklılaşması şeklinde de gözlemlenebilir. Bu tez çalışması içerisinde, incelenecek olan florofor moleküllerinin bir mekanik etki altında agregasyon (kümelenme) göstermelerine bağlı olarak, moleküller arası etkileşimlerinin artacağı, dolayısıyla buna bağlı olarak da eksimer kompleks oluşturma potansiyellerinin de artacağı düşünülmektedir. Bu davranışları sergileyen küçük moleküler bileşikler ve polimerler literatürlerde sıkça çalışıldığı görülmektedir. Bütün bu çalışmalar incelendiğinde, ana amacın ise üretilen bu malzemelerde mekanik bir etki altında kromik davranışın hassasiyetini arttırmak olduğu gözlemlenmektedir. 
Bu tez kapsamında, epoksi reçine, Polimetil Metakrilat (PMMA) ve Polipropilen (PP) gibi farklı termoset ve termoplastiklerin mekanokromik özellik göstereceği düşünülen Metil Oranj (MO), Fenolftaleyn (FF), Timol Mavisi (TM), FOH, NOH gibi indikatörler ve farklı oksokrom ve kromofor gruplar içeren florofor moleküllerin ilavesi ile hacimli ya da film numunelerinin çekme kuvveti etkisiyle oluşan kromik davranışları incelenmiştir. Bu kromik davranışların incelenmesinin yanı sıra, hazırlanan numunelerde meydana gelen mekanik ve termomekanik davranışlar da incelenmiştir.  
Bu tezin amacı, termoset ya da termoplastik özellikteki farklı polimerlerle indikatör veya florofor moleküllerinin uygun yöntemlerle homojen bir şekilde karıştırılmasıyla elde edilen hacimli ve film numunelerinin çekme kuvveti etkisi altındaki mekanokromik özelliklerinin, mekanik- termomekanik davranışlarının incelenmesidir. İlk hedef, farklı kütlece yüzde derişimlerde florofor molekülü katkılı polimer numunelerinin çekme testi için kullanılmasına uygun ve homojen bir yapıda üretilmesidir. Ardından, üretilen numuneler, farklı kuvvet değerleri altında deformeye uğratılarak, uygulanan tüm kuvvet değerleri için ayrı ayrı emisyon ve absorpsiyon dalga boyları ölçülmüştür. Aynı zamanda da dinamik mekanik analiz (DMA) tekniği ile termomekanik özellikleri incelenmiştir.

Abstract:
Smart materials are one or more properties can be changed in a controlled way by external stimuli such as voltage, temperature, humidity, pH, electricity or magnetic fields. Thus, these materials can also be called stimulus-sensitive materials. It is believed that the development and large-scale application of smart materials will lead to a major revolution in the development of materials science.
It is very important to control the movements that occur at the molecular level in order to be able to develop materials that can only respond to specific conditions. One of the simple but important effect used to control the properties of smart materials is the mechanical effect. Smart materials give a response to external mechanical stimuli, such as stretching, bending, pressing, grinding, and this property is known as Mechanochromism. Mechanochromism; tribochromism or pressing, also known as mechanical grinding, crushing, or friction caused by the discoloration of the phenomenon of the material and also color in solid form (piezochromism), heating or re-crystallization stages in a comprehensive term that identifies the change and to be returned back to the original color.
Mechanofluorochromic term is the name given to the ability of the emission wavelength of the material to change under an applied external mechanical effect. Mechanofluorochromic materials that are a class of smart materials can be used in many areas such as fluorescence buttons, mechanosensor, security purposes, optoelectronic devices and data storage. Mechanofluorochromic behavior is the result of a physical or chemical change that occurs in the molecule under mechanical influence. These changes can be seen in the form of bond breakage and the formation of new bonds in the molecule, as well as in the form of changes in intermolecular forces due to the differentiation of intramolecular bond configurations or crystal packing properties. In this study, it is thought that due to the fact that the fluorophore molecules to be studied exhibit aggregation (clustering) under mechanical influence, their intermolecular interactions will increase, and therefore their excimer complexing potential will also increase. Small molecular compounds and polymers that exhibit these behaviors are frequently studied in the literature. When all these studies are examined, it is seen that the main goal is to increase the sensitivity of the chromic behavior under mechanical stress in these materials produced. 
Within the scope of this thesis, the chromic behavior of bulk or film samples under tensile force was investigated by adding fluorophore molecules containing different oxochrome and chromophore groups and indicators such as Methyl Orange (MO), Phenolphthalein (FF), Thymol Blue (TM), FOH, NOH which are thought to exhibit mechanochromic properties of different thermosets and thermoplastics such as epoxy resin, Polymethyl Methacrylate (PMMA) and Polypropylene (PP). In addition to studying these chromic behaviors, the mechanical and thermomechanical behaviors occurring in the samples were also studied.
The aim of this thesis is to study the mechanochromic properties, mechanical-thermomechanical behavior of bulk and film samples obtained by homogenously mixing different polymers with thermosetting or thermoplastic properties and indicator or fluorophore molecules by appropriate methods under tensile force. The first goal is to produce fluorophore molecule doped polymer samples in different mass percentage concentrations in a homogeneous form suitable for use in tensile testing. Then, the obtained samples were deformed under different force values and the emission and absorption wavelengths were measured separately for all applied force values. At the same time, the thermomechanical properties were studied by the dynamic mechanical analysis (DMA) technique.