Parilen-C tabanlı piezoelektrik malzemelerin diielektrik özelliklerinin incelenmesi
Dielectric properties of the parylene-C based doped piezoelectric materials
Yazar: UTKU GÜDÜLOĞLU
Danışman: PROF. DR. ÖZGÜR ÖZTÜRK
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Günümüzdeki teknolojik gelişmeler, elektrik enerjisinin günlük hayatta kullanımını önemli ölçüde artırmış ve bu durum elektrik enerjisinin depolanmasıyla ilgili uygulamaları kritik bir araştırma konusu haline getirmiştir. Dielektrikler, enerji depolamaya uygun malzemeler oldukları için, bu malzemelerin dielektrik özelliklerinin anlaşılması büyük önem taşımaktadır. Piezoelektrik bir polimer olan Parilen-C, üstün elektriksel, fiziksel ve kimyasal özellikleri nedeniyle bu uygulamalar için potansiyel bir malzeme olarak öne çıkmaktadır. Literatürdeki çalışmalarda polimer malzemelere genellikle seramik, oksit, metal malzemeler katkılanarak dielektrik özelliklerinin artırılması amaçlanmıştır. Bu tez çalışmasında ise, Parilen-C polimeri kimyasal buhar biriktirme yöntemiyle sentezlenmiş ve ağırlıkça çeşitli oranlarda poliüretan (PU), poli (metil metakrilat) (PMMA) ve aktif karbon katkısı eklenerek üretilen kompozitlerin dielektrik özellikleri incelenmiştir. Kompozitlerde kullanılan malzemelerin saf veya başka malzemelerle katkılanmış numunelerinin dielektrik özelliklerini inceleyen çalışmalar mevcut olsa da bu tez çalışmasında üretilen kompozitlerin dielektrik özelliklerini inceleyen bir çalışma mevcut değildir. Üretilen numunelerin dielektrik özellikleri 1-10 MHz frekans aralığında incelenmiştir. Numunelerin kapasitans, tanjant kaybı, empedans, direnç ve reaktans değerleri empedans analizörü kullanılarak ölçülmüş, dielektrik geçirgenlik ve dielektrik kayıplar hesaplanmıştır. Daha sonra numuneler polarize edilerek dielektrik özellikleri yeniden ölçülmüştür. Ölçümler sonucunda, malzemelerin ölçüm yapılan frekans aralığında rezonans frekansları ve bu frekanslarda gösterdiği tepkiler gözlemlenmiş, malzemenin rezonans frekansından yüksek frekans değerlerinde indüktif davranış sergilediği görülmüştür. Yapılan katkılamalar ile rezonans frekansında artma ve azalma yönünde değişimler görülmüştür. Polarizasyon işleminden sonra bazı numunelerde dielektrik geçirgenlik değerlerinde artışlar gözlemlense de dielektrik kayıp değerlerindeki artışlar çok daha fazladır. Dielektrik geçirgenlik değeri rezonans frekansı bölgesinde polarizasyon işleminden sonra en fazla 5,58 kat artış göstererek en yüksek 246 değerini almış, dielektrik kayıp değerleri ise bazı numunelerde 20.000 kat artarak 5000'e kadar ulaşmıştır. Dielektrik kayıp değerleri rezonans frekansına yaklaştıkça arttığı için, bu durum metamalzemelerin uygulamaları için gereken kayıp değerlerinden daha yüksek kayıplar elde edildiğini göstermektedir. Malzemenin gösterdiği kapasitif ve indüktif davranış empedans, direnç ve reaktans grafiklerinde de gösterilmiştir. Direnç ve reaktans değerleri kullanılarak Cole-Cole grafikleri oluşturulmuş ve malzemenin dağılımı ve yapısal özellikleri hakkında analizler yapılmıştır. Malzemelerin tam bir yarım daire gösterdiği görülmüş, dielektrik gevşeme dağılımının ölçüsü olan α değerleri hesaplanarak numunelerin homojenlik düzeyi hakkında kıyaslamalar yapılmıştır.

Abstract:
Recent technological advancements have significantly increased the daily use of electrical energy, thereby making energy storage applications a critical area of research. Dielectrics, being suitable materials for energy storage, underscore the importance of understanding their dielectric properties. Parilen-C, a piezoelectric polymer, emerges as a potential material for these applications due to its superior electrical, physical, and chemical properties. While previous studies aimed to enhance the dielectric properties of polymer materials by adding ceramics, oxides, or metals, this thesis focuses on synthesizing Parilen-C polymer via chemical vapor deposition and investigating the dielectric properties of composites produced by adding varying proportions of polyurethane (PU), polymethyl methacrylate (PMMA), and activated carbon. While studies exist on examining the dielectric properties of composites using pure or other added materials, this thesis represents the first examination of composites produced in this manner. The dielectric properties of the produced samples were examined in the 1-10 MHz frequency range. Measurements including capacitance, dissipation factor, impedance, resistance, and reactance were conducted using an impedance analyzer, and dielectric permittivity and losses were calculated. Subsequently, the samples were polarized, and their dielectric properties were re-measured. The measurements revealed resonance frequencies of the materials within the tested frequency range and their responses at these frequencies, showing inductive behavior at frequencies higher than the resonance frequency. Changes in resonance frequency were observed following the additions made, both increasing and decreasing. While increases in dielectric permittivity were observed in some samples after polarization, increases in dielectric loss were much more significant. The dielectric permittivity value showed an increase of up to 5.58 times in the resonance frequency region after polarization, reaching a maximum value of 246, whereas dielectric loss values increased up to 20,000 times in some samples, reaching up to 5000. Since dielectric loss values increased as they approached the resonance frequency, this indicates that the losses obtained are higher than those required for metamaterial applications. The capacitive and inductive behaviors exhibited by the material were also illustrated in impedance, resistance, and reactance graphs. Cole-Cole plots were created using resistance and reactance values, and analyses were conducted regarding the distribution and structural properties of the material. It was observed that the materials exhibited a perfect semicircle, and the α values, were calculated to make comparisons about the homogeneity of the samples.