İletken polimer/inorganik matriks hibrit malzemelerin dielektrik, elektrokinetik, elektroreolojik ve titreşim sönümleme özelliklerinin araştırılması
Investigation of dielectric, electrokinetic, electrorheologicaland vibration damping properties of conductive polymer/inorganic matrix hybrid materials
Yazar: GÖKÇE ÇALIŞ İSMETOĞLU
Danışman: PROF. DR. HALİL İBRAHİM ÜNAL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fiziksel Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Bu çalışmada, yeni ve üstün özellikli hibrit kompozitler hazırlanması ve elektroreolojik (ER) aktif malzemeler olarak kullanılmaları araştırıldı. Bu amaçla, Haloysit (HNT) kili içi boş tübüler geometrisi gereği elektrik alan altında sık istiflenme sağlayacağı için inorganik malzeme olarak seçildi. Literatürde bulunan çalışmalar incelendiğinde, HNT tanecikleri arası etkileşimlerin zayıf olduğu ve bu nedenle zayıf ER etki gösterdikleri anlaşıldı. Bu problemi çözmek amacıyla HNT tanecikleri dielektrik bir malzeme olan grafen oksit (GO) ile modifiye edildi. Araştırmalar sonunda modifikasyonun birincil ve ikincil kuvvetler ile yapılmasının ER aktiviteyi değiştirdiği tespit edildi. Detaylı yapısal, elektrokinetik, dielektrik, ER, viskoelastik ve çökelmeme kararlılığı analizleriyle bu farkın etkileri aydınlatılmaya çalışıldı. Çalışmalar sonunda birincil kuvvet etkileşimleriyle hazırlanan (HNT/GO)BE kompozitin ikincil kuvvet etkileşimleriyle hazırlanan (HNT/GO)İE kompozit dispersiyondan daha güçlü ER aktivite gösterdiği belirlendi. (HNT/GO)İE kompozitin ER aktivitesini güçlendirmek amacıyla çekirdek kabuk yapıda iletken polimerler ile kaplamaları yapılarak moleküller arası etkileşim kuvvetleri artırılmaya çalışıldı. Bu hibrit kompozitler için iletken polimer olarak ER literatürü için yeni olan poliantrasen (PAT) ve fosfonyum esaslı poli(iyonik sıvı) (PPIS) seçildi. PAT esaslı çalışmalarda; HNT, PAT, HNT/PAT ve (HNT/GO)İE/PAT malzemeleri kıyaslamalı incelenerek HNT taneciklerine PAT katkının ve GO katkının etkileri incelendi. Benzer olarak PPIS esaslı çalışmalar; HNT, PPIS, HNT/PPIS ve (HNT/GO)İE/PPIS malzemeleri için yapıldı. Yapılan detaylı analizler sonucunda üçlü (HNT/GO)İE/PAT ve (HNT/GO)İE/PPIS hibrit kompozitleriyle üstün özellikli ER aktif taneciklerin elde edilebildiği ve bu taneciklerin elektroaktif titreşim sönümleyici olarak potansiyel endüstriyel uygulamalarda kullanılabileceği önerildi. Sonuç olarak elektriksel iletken PAT ve iyonik iletken PPIS ile oluşturulan kompozit yapıları kıyaslandığında, akma dayanımı, elastik özellikler ve kolloidal kararlılığın PPIS ile hazırlanan kompozit yapılarda daha üstün olduğu; termal dayanımın ise PAT ile hazırlanan kompozit yapılarda daha baskın olduğu sonucuna varıldı.

Abstract:
The aim of this study is to prepare new and superior hybrid composites and to use them as electrorheologically (ER) active materials. For this purpose, Halloysite (HNT), which is a hollow tubular clay, was chosen as an inorganic material because of its geometry that will provide high packing efficiency under external electric field. In the literature, it was reported that the interactions between HNT particles are weak resulting in poor ER effect. To solve this problem, HNT particles were modified with a dielectric material namely graphene oxide (GO). It was determined that the modifications with primary and secondary forces change the resultant ER activity of the materials examined in this research. Therefore, detailed structural, electrokinetic, dielectric, ER, viscoelastic and anti-sedimentation stability measurements were performed to elucidate the differences between primary and secondary forces on the ER performances of the composites. The studies showed that (HNT/GO)SF composite prepared by secondary forces showed weaker ER activity than the composite prepared by the primary forces (HNT/GO)PF. The ER activity of (HNT/GO)SF composite was enhanced by coating with conductive polymers in the core/shell structure to strengthen the interaction between the surfaces of HNT and GO. New polymers for ER studies, which are polyanthracene (PAT) and phosphonium based poly(ionic liquid) (PPIL), were selected as conducting materials to prepare hybrid composites. In the PAT studies; HNT, PAT, HNT/PAT and (HNT/GO)SF/PAT materials were comparatively investigated and the effect of PAT coating and GO modification on HNT particles' surfaces were investigated. Similarly, PPIL based studies were carried out for HNT, PPIL, HNT/PPIL and (HNT/GO)SF/PPIL materials. As a result of detailed analyses, ER active particles with superior properties were obtained with (HNT/GO)SF/PAT and (HNT/GO)SF/PPIL hybrid composites and may be used as an electroactive vibration damping material in potential industrial vibration damping applications. As a result, when PAT and PPIL based composites are compared; yield stress, elastic characteristics and colloidal stability were dominating in PPIL based composites, whereas, thermal stability was much better in PAT based composites.