Karbon dolgulu esnek iletken polimer kompozitlerin direnç-gerinim hassasiyetinin ve elektromanyetik dalga kalkanlama özelliklerinin incelenmesi
Investigation of resistivity-strain sensitivity and electromagnetic wave shielding properties of carbon-filled flexible conductor polymer composites
Yazar: KÜBRA GÜLEŞ
Danışman: DOÇ. DR. ALPER KAŞGÖZ
Yalova Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Polimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Polimer Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Polimer kompozitler = Polymer composites

Özet:
Gerinim algılama uygulamaları için iletken polimer kompozitlerin (CPC'ler) kullanımı son zamanlarda büyük ilgi uyandırmıştır. Esnek gerinime duyarlı CPC'ler, son yıllarda özellikle giyilebilir elektronikler, sağlık ekipmanları ve elektronik kaplamalar olmak üzere çeşitli alanlarda önemli bir rol oynamaktadır. Bu uygulamalarda çok çeşitli malzemeler kullanılmaktadır; ancak termoplastik poliüretan (TPU), elastomer benzeri davranışı, uygun esnekliği, işlenme kolaylığı, kimyasal stabilitesi ve çeşitli iletken malzemelerle kombinasyon kolaylığı nedeniyle öne çıkmaktadır. Termoplastik poliüretanların (TPU) bu özellikleri, esnek uzamaya duyarlı CPC'ler için daha iyi gerilebilirlik, daha yüksek hassasiyet ve daha geniş bir algılama aralığı sağlamaktadır. Karbon esaslı dolgu maddeleri, iyi mekanik ve iletkenlik özelliklerinden dolayı elastik gerilime duyarlı CPC'lerde yer bulmaktadır. Elektromanyetik kalkanlama özelliğine sahip polimer kompozitler de başta TPU olmak üzere farklı esnek polimerlerden hazırlanan ve gelişen teknoloji ile ilgi çeken konulardan biri haline gelmiştir.
Bu tez çalışmasında, karbon esaslı iletken dolgu maddeleri kullanılarak TPU matrisli iletken kompozitler hazırlanmıştır. Hazırlanan bu kompozitlerde kullanılan farklı geometriye sahip dolgu maddelerinin, kompozitin mekanik, morfolojik, iletkenlik, gerinim duyarlılık ve elektromanyetik dalga kalkanlama özellikleri üzerindeki etkisini gözlemlemek amaçlanmıştır. Bu iletken kompozitlerde dolgu maddesi olarak karbon fiber ve grafit kullanılmıştır. Farklı geometri ve boyutlardaki karbon esaslı iletken dolgular kullanılarak, bu dolguların gerinim sensör hassasiyetine ve elektromanyetik kalkanlama özelliklerine etkisi tartışılmıştır.
Çalışmada hazırlanan kompozitlerin morfolojik özelliklerinin tayini taramalı elektron mikroskobu (SEM) aracılığıyla geçekleştirilirken, ayrıca örneklerin artan dolgu oranıyla mekanik özellikleri ve sertlik sonuçları değerlendirilmiştir. Hazırlanan iletken kompozitlerin dolgu oranı ile iletkenlikleri arasındaki ilişki ve direnç-gerinim davranışları incelenmiştir. Son olarak bu kompozitlerin elektromanyetik özellikleri ve elektromanyetik dalga kalkanlama etkinlikleri değerlendirilmiştir. Bu tez çalışması sonucunda, farklı geometri ve boyutlardaki karbon esaslı dolguların gerinim sensör hassasiyeti ve elektromanyetik kalkanlama etkinliği üzerindeki etkisi tartışılmış olup, hem sensör hassasiyeti hem de elektromanyetik kalkanlama etkinliği optimum düzeyde olan TPU matrisli iletken polimer kompozitler belirlenmiştir.

Abstract:
The use of conductive polymer composites (CPCs) for strain sensing applications has attracted great interest recently. Flexible strain-sensitive CPCs have been playing an important role in various fields in recent years, especially in wearable electronics, healthcare equipment, and electronic coatings. A wide variety of materials are used in these applications; however, thermoplastic polyurethane (TPU) stands out due to its elastomer-like behavior, favorable flexibility, ease of processing, chemical stability, and ease of combination with various conductive materials. These properties of thermoplastic polyurethanes (TPU) provide better stretchability, higher sensitivity, and a wider detection range for flexible strain-sensitive CPCs. Carbon-based fillers find a place in elastic stress-sensitive CPCs due to their good mechanical and conductivity properties. Polymer composites with electromagnetic shielding properties have recently attracted the attention of researchers.
In this thesis, TPU matrix conductive composites were preoduced using carbon-based conductive fillers. It was aimed to observe the effect of fillers with different geometries used in these prepared composites on the mechanical, morphological, conductivity, strain sensitivity and electromagnetic wave shielding properties of the composite. Carbon fiber and graphite were used as fillers in these CPCs. By using carbon-based conductive fillers of different geometries and sizes, the effects of these fillers on strain sensor sensitivity and electromagnetic shielding properties are discussed.
While the morphological properties of the composites prepared in the study were determined by scanning electron microscopy (SEM), the mechanical properties and hardness results of the samples were evaluated with increasing filling ratio. The relationship between the filling ratio and conductivity of the prepared CPC's was observed. Additionally, the resistivity-strain behavior of CPC's was examined. Finally, the electromagnetic properties and electromagnetic shielding effectiveness of these composites were evaluated. As a result of this thesis study, the effect of carbon-based fillers of different geometries and sizes on strain sensor sensitivity and electromagnetic shielding effectiveness was discussed, and TPU matrix conductive polymer composites with optimum levels of both sensor sensitivity and electromagnetic shielding effectiveness were determined.