Çok tabakalı elektrokromik yüzey malzemeleri ve özellikleri
Multilayer electrochromic surface meterials and properties
Yazar: GÜLİZAR ELİF DEMİR
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET YILDIRIM
Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Polimerik tabanlı elektrokromik (EC) malzemelerin kullanım alanlarındaki çeşitlilik ve getirdiği avantajlar bu konu ile ilgili çalışmaların sayısını günden güne arttırmaktadır. Bu çalışmalarda polikarbazol (PCarb), politiyofen (PTh), polipirol (PPy) vb. iletken polimer ana iskeletine sahip türlerin farklı sübstitüe gruplarla modifiye edilerek EC özellikleri (renk skalaları, optiksel karşıtlık ve EC kararlılık gibi)  çeşitlendirilmektedir. Polimerik EC yüzeylerin ıslanabilirlik özellikleri de incelenmekte ve hidrofobik-süperhidrofobik özellikli türler geliştirilerek kendi kendini temizleyen EC yüzey malzemeleri geliştirilmeye çalışılmaktadır. 
İletken polimerik filmlerde EC özelliklerin çeşitlendirilmesi için farklı bir yöntem olarak tabaka-tabaka (LBL) elektrokimyasal kaplama yöntemi kullanılarak çok tabakalı EC filmler elde edilebilir. Bu şekilde hazırlanacak çok tabakalı EC polimer filmlerin bileşenlerine ait tek tabakalı türlerine göre daha farklı renk değişim özelliklerine, EC karakteristiklere ve pürüzlülük ve ıslanabilirlik gibi yüzey özelliklerine sahip olmaları beklenir.
Bu amaçla bu çalışmada LBL elektrokimyasal kaplama tekniği ile tiyofen (Th), pirol (Py), karbazol (Carb), 3,4-etilendioksitiyofen (EDOT) ve 3,4-etilendioksipirol (EDOP) monomerlerinin ITO kaplı cam elektrotlar üzerine farklı kombinasyonlarda kaplanması gerçekleştirildi. Her filmde PPy en alt tabaka olarak kaplandı ve ikinci ve üçüncü tabakalar değiştirildi. Elde edilen tabakalı filmlerin optiksel özellikleri UV-vis ve spektroelektrokimyasal analiz yöntemleriyle belirlendi. Aynı zamanda yüzey temas açısı ölçümü ile yüzey ıslanabilirlik özellikleri belirlendi. Atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ile yüzey pürüzlülüğü ile ıslanma özellikleri arası ilişki incelendi. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile tabaka kalınlıkları belirlendi. EC polimerik tabakaların değiştirilmesiyle redoks durumlarındaki (yükseltgenmiş ve nötral formlar) görünür bölge absorpsiyon bandlarında belirgin farklılıklar elde edildi. Buna göre çok tabakalı EC filmler kullanılarak farklı EC özelliklere sahip polimerik filmlerin EC cihaz (ECD) tasarımında kullanılabileceği gösterildi. Denge temas açısı ölçümü sonuçları çok tabakalı filmlerde hidrofilik poli(3,4-etilendioksitiyofen)'in (PEDOT) kullanılmasıyla temas açısında düşüş olduğunu gösterdi. Ancak hidrofobik PCarb tabakası filmlerin temas açısı değerlerini artırdı. Ayrıca poli(3,4-etilendioksipirol)'ün (PEDOP) kullanıldığı türlerde EC kararlılığın düştüğü ve genellikle ECD yapımına uygun olmayan türlerin elde edilmesine sebep olduğu belirlendi.

Abstract:
The diversity in fields where polymeric-based electrochromic (EC) materials are used and their advantages are increase the number of studies on this subject. In these studies, the EC properties (i.e, colour scales, optical contrast and EC stability etc.) of the types of substances (i.e, types) having conducting polymer framework, such as polycarbazole (PCarb), polythiophene (PTh), polypyrrole (PPy) are diversily increased by modifying them with different substituted groups. The wettability properties of polymeric EC surfaces have been studied and self-cleaning EC surface materials are being developed at the moment by developing the types having hydrophobic-superhydrophobic properties. 
As a different method for diversification of EC properties in conducting polymeric films, multilayer EC films can be obtained by using layer-by layer (LBL) electrochemical coating method. It is expected that layer-by-layer EC polymer films to be deposited in this way have more different colour change properties, EC characteristics and surface properties, such as roughness and wettability according to mono layer types belonging to their component.
In this study, for above mentioned purposes, the coating process of thiophene (Th), Pyrrole (Py), carbazole (Carb), 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) and 3,4-ethylenedioxypyrrole (EDOP) monomers have been performed at different combinations onto ITO-coated glass electrodes by LBL electrochemical coating technique. For every film, PPy has been coated as bottom layer and the second and the third layers were changed. Optical properties of multilayer films obtained were determined by UV-vis and spectroelectrochemical analysis methods. At the same time surface wettability properties were determined by using the surface contact angle measurements. The relation between wettability properties and surface roughness were studied with Atomic Force Microscope (AFM). Layer thickness was studied with Scanning Electron Microscope (SEM). By replacing EC polymeric layers, the significant differences were observed between the visible region absorbtion bands in redox states ( e.g oxidized and neutral forms). It was proven that polymeric films with different EC properties can be used in EC device design by using multilayer EC films. The results for the equilibrium contact angle measurements showed that there were decreases in contact angle by using hydrophilic poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) in multilayer EC films. But hydrophobic PCarb layer increased the contact angle value for films. In types of films where poly(3,4-ethylenedioxypyrrole) (PEDOP) was used, it was observed that there was a decrease in stability and that the use of PEDOP caused the types of films not suitable for ECD construction to exist.