İletken polimer aşılanmış polifosfazenlerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of conducting polymer grafted polyphosphazenes
Yazar: ELİF BÜŞRA ÇELEBİ
Danışman: PROF. DR. NEBAHAT DEMİRHAN ; DOÇ. DR. FERDA HACIVELİOĞLU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Anorganik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Maddeler elektriksel iletkenlik özelliklerine göre sınıflandırıldığında iletken, yalıtkan ve yarı iletken olmak üzere üç ana grupta incelenebilir. Gelişen teknoloji ve artan enerji ihtiyacı elektriksel iletkenlik bakımından iletken veya yarı iletken yeni malzemelerin geliştirilmesi zorunluluğunu ortaya çıkarmaktadır. Örneğin; bir güneş pilinde veya OLED'de elektrot malzemesi ışığı geçirirken aynı zamanda elektriksel olarak iletken olmalıdır. İletken polimerlerin iletkenlikleri, yarı iletken ile metalik iletkenlik arasında değişmektedir. Yarı iletken polimerler transistör, sensör, elektrokromik ayna, radar kamuflaj, elektrostatik ambalaj malzemesi gibi birçok teknolojik uygulama alanı açısından oldukça önemlidir. 
Günümüz teknolojisinde yarı iletken malzemeler genellikle silikon esaslı olup yüksek saflıkta silikon'un temiz odalarda özel üretim yöntemleri ile işlenmesi sonucu hazırlanır ve maliyetleri yüksektir. İnorganik silikona alternatif olarak geliştirilen iletken polimerlerin üretim prosesleri ise kısmen daha kolaydır. Teknolojik uygulamaya sahip iletken polimerlerin en başlıcaları; poli(3,4-etilendioksitiyofen) (PEDOT), polipirol (PPy) ve polianilin (PANI) olarak sıralanabilir. PEDOT, PPy ve PANI nispeten ucuz, havada kararlı, elektriksel iletkenliklerinin geniş bir aralıkta ayarlanabilir olması ve kolay sentezlenebilmeleri bakımından hem bilimsel çevrelerce oldukça çok çalışılmış hem de teknolojik uygulamada yerini alabilmesi için birçok çalışma büyük bir hızla devam etmektedir. Elektriksel iletken bu polimerlerin ileri teknoloji uygulamalarında karşılaşılan temel sorun ise, çözünürlüklerinin düşük olmasından dolayı çözücülerden, termoset oldukları için de sıcaklıkla işlenebilmeleri mümkün olmadığı için yüksek maliyetli sistemlere ihtiyaç duyulmasıdır. Bu açıdan bakıldığında PEDOT, PPy ve PANI gibi iletken polimerlerin yeterli mekanik özelliklere sahip, kolay işlenebilir türevlerinin geliştirilmesi teknolojik uygulama problemlerinin giderilmesi açısından çok önemlidir.
Bu tez kapsamında termal ve oksidatif olarak kararlı olduğu bilinen, fiziksel ve kimyasal özellikleri sübstitüe edilen gruba göre kolaylıkla ayarlanabilen, inorganik polimerlerin önemli bir sınıfını oluşturan sülfonik ve fosfonik asit sübstitüe polifosfazenler üzerine tiyofen ve pirol grupları sübstitüe edilerek iletken polimer monomeri taşıyan yeni polifosfazenler sentezlendi. Bu yeni polimerlerin sulu çözeltileri üzerine 3,4-etilendioksitiyofen (EDOT) ve pirol monomerleri değişik oranlarda ilave edilerek kimyasal oksidasyon yöntemi ile polimerizasyonları gerçekleştirildi. Böylelikle PEDOT ve PPy aşılanmış, kendi kendini katkılayan yeni iletken polifosfazen türevleri hazırlandı. Elde edilen polimerler saflaştırıldıktan sonra yapıları spektroskopik teknikler ile aydınlatıldı, termal, elektrokimyasal, yüzey ve iletkenlik özellikleri incelendi. 


Anahtar Kelimeler: Graft Polimer, PEDOT, Polipirol, Polifosfazen, İletken polimer

Abstract:
Substances can be classified in three main groups according to their electrical conductivity; conductor, insulator and semiconductor. Evolving technology and increasing energy demand forces industry to develop new materials that have metallic or semiconducting properties for application. For example, in a solar cell or in an OLED electrode material must be electrically conductive while providing sufficient light transparency. Electrical conductivity of polymers can find applications to process such as transistors, sensors, electrochromic mirrors, radar camouflage, electrostatic packaging materials.
Today's silicon-based semiconductor technology requires high-purity silicon, special production methods in clean rooms to process successful devices. Therefore, the processing of silicon-based devices is not easy and cheap. As an alternative to this technology the materials developed based on conducting polymers is relatively easy. PEDOT, PPy and PANI are the most attractive and studied types of the conducting polymers due to the stability, high electrical conductivity and easy preparation procedures. Regarding both the scientific community and industry a lot of work take place in the technological applications and continues at a great pace. The main problems encountered in high-tech applications of PEDOT, PPy and PANI are insolubility or infusibility and low mechanical properties. Several attempts have been considered to increase solubility and thus make them process-able. In this respect, development of new types of PEDOT, PPy and PANI polymers that can provide sufficient mechanical properties, solubility, electrical conductivity are very important to overcome the problems encountered during the processing and thus technological applications.
Polyphosphazenes are an important class of inorganic polymers that are known to be thermally and oxidatively stable and the physical and chemical properties of the polymers can be fine-tuned according to the substituted group. The scope of this thesis is to constitute the superior properties of polyphosphazenes with 3,4-ethylenedioxythiophen (EDOT) and pyrrole. The thiophene, pyrrole and acid (sulfonic and phosphonic acid) group bearing novel polyphosphazenes are synthesized and then polymerised via chemical oxidation to yield PEDOT and PPy grafted polyphosphazenes. After purification of the obtained polymers, structures of these novel polymers characterised by spectroscopic techniques. Thermal, electrochemical, surface and conductivity properties of the new polymers are investigated.

Keywords: Graft polymer, PEDOT, Polypyrrole, Polyphosphazene, Conductive polymer