İletken polimer kompozitlerin üretimi ve iletkenlik özelliklerinin araştırılması
Production of conductive polymer composites and investigation of conductivity properties
Yazar: DİLRUBA ZÜMER CALBAN
Danışman: PROF. DR. AYŞEGÜL ÜLKÜ METİN ; DOÇ. DR. ZÜHTÜ ONUR PEHLİVANLI
Kırıkkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Savunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology ; Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies
Dizin: Bor nitrür = Boron nitride ; Elektriksel iletkenlik = Electrical conductivity ; Nanolif = Nanofiber ; Poliakrilonitril = Polyacrylonitrile ; Polianilin = Polyanilines ; Polimer kompozitler = Polymer composites ; Termal iletkenlik = Thermal conductivity ; İletken polimerler = Conducting polymers

Özet:
Günümüzde, otomotiv, savuma, havacılık gibi önemli alanlardaki çalışmalarda sıklıkla metal matrisli malzemeler kullanılmaktadır. Bununla birlikte, bu malzemeler yerine hafif, dayanıklılığı yüksek ve aynı zamanda da kararlı ve düşük maliyetli ürünlere yönelik ihtiyaç giderek artmıştır. Özellikle, elektiriksel ya da ısıl iletkenliğe sahip polimer kompozitlerin kullanımıyla ilgili çalışmalar son yıllarda daha ön plana çıkmaktadır. Bu tez çalışmasında metal katkılı, bor nitrür (BN) temelli iletken polimer kompozitlerin üretilmesi ve elektriksel özelliklerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Çalışmanın ilk bölümünde, Cu (II) iyonları, modifiye edilmiş BN üzerine immobilize edilmiş ve L-askorbik asit ile indirgenmiştir (BN@Cu). Ardından başlatıcı olarak amonyum persülfat kullanılarak anilinin kimyasal polimerizasyonu gerçekleştirilmiş ve BN temelli nanokompozit partiküller üretilmiştir (BN@Cu/PANI). XRD (X-ışını kırınımı), FTIR (Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi), SEM (Taramalı Elektron Mikroskopisi) ve TEM/EDXS (Geçirimli Elektron Mikroskopisi/Enerji Dağılımlı X-ışını Spektroskopisi) analizleri ile BN@Cu/PANI yapısal ve morfolojik özellikleri aydınlatılmıştır. BN@Cu/PANI nanokompozitinin DC elektrik iletkenliği (0,567 S/cm), PANI (0,167 S/cm) ve BN@Cu'dan (0,077 S/cm) daha yüksek olduğu belirlenmiştir. BN@Cu ve BN@Cu/PANI'nin ısıl iletkenliği ise sırasıyla 0,626 ve 0,444 W/mK olarak ölçülmüştür.
Çalışmanın ikinci bölümünde ise, BN@Cu/PANI (w/w, % 1, 5, 10 ve 20) takviyeli Poliakrilonitril (PAN) kompozit nanolifler elektroeğirme yöntemi ile üretildi ve liflerin fiziko-kimyasal özellikleri, nanokompozit partiküllere benzer olarak FTIR ve TGA/DTA gibi teknikler kullanılarak belirlendi. Morfolojik özellikleri, SEM-EDS ile aydınlatıldı ve kompozit nanoliflerin düzgün lif yapısına ve PAN içinde homojen BN@Cu/PANI dağılımına sahip olduğunu görüldü. DC elektriksel iletkenlik ve ısıl iletkenlik analizleri BN@Cu/PANI takviyeli PAN nanolifler, ağırlıkça % 10BN@Cu/PANI takviyesinde nanoliflerin özgül ısı kapasitesinde 2 kat azalma ve elektrik iletkenliğinde 50 kat artış olduğu belirlendi.

Abstract:
Metal matrix materials find extensive applications in crucial sectors such as automotive, defense, and aerospace. However, there is a growing demand for lightweight, exceptionally durable, stable, and cost-effective alternatives. Recent focus has shifted towards exploring polymer composites with enhanced electrical or thermal conductivity. This research aims to create conducting polymer composites based on metal-doped boron nitride (BN) and examine their electrical properties. The initial phase involves immobilizing Cu (II) ions on modified BN, which are then reduced with L-ascorbic acid (BN@Cu). Subsequently, aniline is synthesized using ammonium persulfate as an initiator, producing BN-based nanocomposite particles (BN@Cu/PANI). The structural and morphological properties of BN@Cu/PANI are characterized through XRD, FTIR, SEM, and TEM/EDXS analysis. The DC electrical conductivity of BN@Cu/PANI nanocomposite (0.567 S/cm) surpasses that of PANI (0.167 S/cm) and BN@Cu (0.077 S/cm). The thermal conductivity of BN@Cu and BN@Cu/PANI is measured at 0.626 and 0.444 W/mK, respectively.
In the subsequent phase of the study, polyacrylonitrile (PAN) composite nanofibers reinforced with BN@Cu/PANI (w/w, 1 %, 5, 10, and 20 %) are produced using the electrospinning method. The physicochemical properties of the fibers are determined using techniques like FTIR and TGA/DTA, mirroring the characterization of nanocomposite particles. SEM-EDS analysis reveals the morphological properties, confirming a uniform fiber structure and homogeneous BN@Cu/PANI distribution in PAN. DC electrical conductivity and thermal conductivity analyses of BN@Cu/PANI-reinforced PAN nanofibers demonstrate a 2-fold decrease in specific heat capacity and a 50-fold increase in electrical conductivity at 10 wt % BN@Cu/PANI reinforcement.