Preparation and characterization of nanofilms based on polydopamine and tannic acid
Polidopamin ve tannik asit bazlı nanofilmlerin hazırlanması ve karakterizasyonu
- Tez No: 1016269
- Danışmanlar: PROF. İREM EREL GÖKTEPE
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Fiziksel Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tezde, oksitleyici ajan olarak sodyum periyodat (NaIO4) ve yardımcı birleştirici ve düzenleyici bileşen olarak tannik asit (TA) kullanılarak dopamin (DA) bazlı polimer nanokaplamalar üretilmiştir. TA ilavesinin, NaIO4 kullanımının, Tris-HCl tampon konsantrasyonunun, reaksiyon sıcaklığı ve süresinin film kalınlığı, morfolojisi, ıslanabilirliği, nanomekanik özellikleri ve stabilitesi üzerindeki etkileri sistematik olarak incelenmiştir. Polimerizasyon, oksitleyici içermeyen koşullar altında yavaş ilerlerken, NaIO4'nin eklenmesi reaksiyon kinetiğini önemli ölçüde hızlandırmıştır. TA'nın varlığı, PDA agregasyonunu düzenleyerek daha homojen, düzgün ve nanomekanik olarak sağlam filmler elde edilmesini sağlamıştır. TA ilavesi ayrıca su temas açısında belirgin bir azalmaya yol açarak yüzey hidrofilisitesinin arttığını göstermiştir. Tamponlama kapasitesi, iyonik perdeleme ve kontrollü oksidasyon kinetiğinin birleşik etkilerinin düzgün polimerizasyonu teşvik ettiği, moleküler organizasyonu iyileştirdiği ve moleküller arası etkileşimleri artırdığı 0,03 M Tris-HCl'de optimum bir koşul belirlenmiştir. Aksine, 0,01 M'de yetersiz tampon kapasitesi, katekol deprotonasyonunu sınırlayan ve oksidasyon verimliliğini azaltan pH dalgalanmalarına yol açarak heterojen film oluşumuna neden olmuştur. Daha yüksek tampon konsantrasyonunda (0,05 M), aşırı iyonik kuvvet, güçlü elektrostatik perdelemeyi tetikleyerek çözeltide agregasyonu teşvik etmiş ve düzgün bir film oluşumunu sınırlandırmıştır. Reaksiyon süresi çalışmaları, film oluşumunun asimptotik bir davranış sergilediğini, kalınlığın bir platoya ulaştığını ve daha fazla değişimin ek dikey film oluşumundan ziyade yüzeyin ve mevcut yapıların olası yanal yeniden düzenlenmesiyle oluştuğunu ortaya koymuştur. Bu yeniden düzenlenme, polar fonksiyonel grupları açığa çıkararak yüzey hidrofilisitesini artırmıştır, ancak sulu koşullar altında stabiliteyi azaltmıştır. Yüksek iyonik kuvvette, yüksek sıcaklıklar agregasyonu teşvik etmiş ve düzgün ağ oluşumunu bozarak film homojenliğinin azalmasına yol açmıştır. Karşılaştırmalı analizler, TA içermeyen sistemlerin pürüzlü, heterojen ve nanomekanik olarak daha zayıf filmler sergilediğini ve ıslanabilirliğin esas olarak pürüzlülük kaynaklı etkilerden kaynaklandığını göstermiştir. Buna karşılık, TA ve NaIO4'nin birlikte kullanımı, kontrollü polimerizasyon, daha yüksek çapraz bağlama yoğunluğu ve artırılmış fonksiyonel grup maruziyeti sağlayarak daha homojen, nanomekanik olarak sağlam, kararlı ve hidrofilik kaplamalar elde edilmesini mümkün kılmıştır. Genel olarak, bu çalışma, güçlü oksidasyon (NaIO4) ve kontrollü birleştirme bileşeninin (TA) birlikte kullanımının DA bazlı nanofilmlerin yapısal, nanomekanik ve arayüz özelliklerini ayarlamak için etkili bir strateji sağladığını ve gelişmiş yüzey kaplamalarının rasyonel tasarımı için değerli bilgiler sunduğunu göstermiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, dopamine (DA)-based polymer nanocoatings were fabricated using sodium periodate (NaIO4) as the oxidizing agent and tannic acid (TA) as a co assembly and regulating component. The effects of TA incorporation, NaIO4 usage, Tris-HCl buffer concentration, reaction temperature and duration of reaction on film thickness, morphology, wettability, nanomechanical properties and stability were systematically investigated. Polymerization under oxidant-free conditions proceeded slowly, whereas the introduction of NaIO4 significantly accelerated the reaction kinetics. The presence of TA regulated Polydopamine (PDA) aggregation, resulting in more homogeneous, uniform, and nanomechanically robust films. TA incorporation also led to a marked decrease in water contact angle, indicating enhanced surface hydrophilicity. An optimal condition was identified at 0.03 M Tris-HCl, where the combined effects of buffering capacity, ionic screening, and controlled oxidation kinetics promoted uniform polymerization, improved molecular organization, and enhanced intermolecular interactions. In contrast, insufficient buffer capacity at 0.01 M led to local pH fluctuations, which limited catechol deprotonation and reduced oxidation efficiency, resulting in heterogeneous film growth. At higher buffer concentration (0.05 M), excessive ionic strength induced strong electrostatic screening, promoting aggregation in solution and disrupted uniform network formation, leading to reduced film homogeneity. Reaction time studies revealed that film growth follows an asymptotic behavior, where thickness reached a plateau, suggesting that further changes were governed by surface reorganization and possible lateral rearrangement of existing structures rather than additional vertical film growth and thickness increment. This rearrangement enhanced surface hydrophilicity by exposing polar functional groups, but reduced stability under aqueous conditions. Comparative analysis showed that TA-free systems exhibited rough, heterogeneous, and nanomechanically weaker films, where wettability was mainly governed by roughness-driven effects. In contrast, the combined use of TA and NaIO4 enabled controlled polymerization, higher cross-linking density, and improved functional group exposure, resulting in more uniform, nanomechanically robust, stable, and hydrophilic coatings. Overall, this study demonstrated that the combined use of strong oxidation (NaIO4) and controlled assembly (TA) component provided an effective strategy for tuning the structural, nanomechanical, and interfacial properties of DA-based nanofilms, offering valuable insights for the rational design of advanced surface coatings.
Benzer Tezler
- Implementation of novel carbon-based nanomaterials for high-performance gas sensors
Yüksek performanslı gaz sensörlerinde yenilikçi karbon bazlı nanomalzemelerin uygulanması
MOHAMAD ANAS HEJAZI
Doktora
İngilizce
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT TRABZON
- Reaktif ekstrüzyon yöntemiyle polipropilen/fonksiyonel kopolimer/organik montmorillonit kil nanomalzemelerin hazırlanması
Preparation of polypropylene/functional copolymer/organo-montmorillonite clay nanomaterials by reactive extrusion
EREN ALTUNGÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERDOĞAN ALPER
PROF. DR. M. O. ZAKİR RZAYEV
- Lityum iyon piller için üç boyutlu grafen/karbon nanotüp/silisyum nanokompozit anotların geliştirilmesi
Development of three-dimensional graphene/carbon nanotube/silicon nanocomposite anodes for lithium-ion batteries
SELİN DEMİRCİ
Doktora
Türkçe
2024
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN YAVUZ
- Preparation and characterization of carbon quantum dot- based composite thin films
Karbon kuantum nokta esaslı kompozit ince filmlerinin hazırlanması ve karakterizasyonu
RAMAZAN FERHAT ERDEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDEN BEYHAN
- Preparation and characterization of polypropylene nanocomposite materials reinforced with cellulose nano whiskers by solvent casting
Selüloz nano parçacıklarıyla güçlendirilmiş polipropilen nanokompozit malzemelerin solvent casting metodu ile hazırlanması ve analizi
ELİF RAFİYE BAHAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. H. AYŞEN ÖNEN
PROF. DR. NURAY UÇAR