Electrochemical synthesis and characterization of polyaniline thin films
İnce polianilin filmlerin sentezi ve karakterizasyonu
- Tez No: 252009
- Danışmanlar: DOÇ.DR. ESMA SEZER, PROF.DR. A. SEZAİ SARAÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2006
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 76
Özet
1977`de, MacDiarmid ve arkadaşları, polyasetilenin doplanması ile iletkenliğininarttığını bulmuşlardır. Bu buluştan sonra bilim dünyasında, iletken polimerlere karşıilgi uyanmıştır. Polianilinin; kolay sentezlenebilmesi, dayanıklılığı, güzel redoksözellikleri ve kullanım alanının genişliği (mikroelektronik, korozyon önleme), onuiletken polimerler arasında en önemlilerden biri haline getirmiştir.Polianilin (PANI), kimyasal ve elektokimyasal olarak sentezlenir. Leucoemeraldin(LB), emeraldin (EB) ve pernigrenalin (PB) olmak üzere değisik oksidasyon formlarıvardır. LB ve PB formu sırası ile tamamen indirgenmiş ve tamamen yükseltgenmişformlarıdır. EB formunda ise indirgenmis ve yükseltgenmiş birimlerin sayısı eşittirve yalnızca emeraldin tuzu, PANI`nin iletken formudur.Kullanılan asidin pH`ı, dopantın büyüklüğü, tipi, şekli ve konsentrasyonu,polianilinin oluşmasında önemli rol oynarlar. Aynı şekilde, PANI`nin iletkenliğinideetkileyen; doplanma derecesi, oksidasyon durumu ve polimerin morfolojisi gibifaktörler vardır.Bu çalışmanın amacı, iyi iletkenlik ve süperkapasitör özelliklere sahip polyanilinfilmleri elde etmektir. Anilin ve türevleri, farklı kalınlıkta ve faklı çözelti içindePlatin elektrod üzerine elektrokimyasal olarak kaplanmıştır. Elde edilen filmler, UVgörünür bölge, FT-IR ve electrochemical impedance spektroskopi (EIS) yöntemleriile karakterize edilmiştir. Taramalı electron mikroskobu (SEM) ile de morfolojiközelliklerine bakılmıştır. Ayrıca, aniline monomerinin methan sulfonik asid iledoplanamasından elde edilen ince fimler, ITO cam elektrodlar uzerinde in situelektokimyasal çalışmaları yapılmıştı. Katı hal iletkenlikleri de ayrıca incelenmiştir.Anilin ve anilin klorür tuzunun platin elektrod üzerine 0.1 M HCI asidi içinde 8 ve16 döngü uygulanarak polimerleri elde edilmiştir. Aynı deney anilin ve anilin methansulfanat tuzu için 0.1 M metan sülfonik asitte (MS) yapılmıştır. Elektrokimyasaldavranışlar döngülü voltametri ile incelenmiştir. Polimerik filmlerin fizikselözelliklerin anilinin ve anilinin tuzları kullanılarak karşılaştırmalı olarak incelenmesiamaçlanmıştır. Deney sonuçları, ince film eldesine anilin monomerinden başlamanınen iyi sonuçları verdiğini ve film kalınlığının artmasının, ince filmin iletkenliközellikleri için iyi olduğunu göstermiştir. Ayrıca, sonuçlar, organik asidlerininorganik asitlerden daha iyi bir ortam sağladığını göstermektedir.Katı hal iletkenliğini bakmak için polimerizasyon sabit potansiyelde monomer içerenHCI ve MS asid çözeltileri içinde gerçekleştirilmiştir. Polimerik filmler sabitpotensiyel altında platin elektrod üzerine toplanmıştır. İletkenlik sonuçları, 3 S/cm-1iletkenlik ile MS asid ile doplanarak elde edilen filmin en yüksek iletkenliğe sahipolduğunu göstermiştir.Filmlerin kapasitör özelliklerini incelemek üzere EIS ölçümleri filmin pikpotansiyellerinde ve 0.0 V' da 2 saniye uyarılması ile yapılmıştır. Ayrıca farklıdöngü sayısının ve elektrolitin etkisi de incelenmiştir. EIS ölçümleri, MS asiddenelde edilen filmlerin HCI ortasmında elde edilen filmlerden daha iyi kapasitifözelliklere sahip olduğunu göstermektedir.Polimerlerin doplanma ve oksitlenme seviyesi FT-IR ve UV ölçümleri ile analizedilmiştir. Sonuçlar, CV den elde edilen sonuçlari desteklemektedir çünkü MS içindeelde edilen filmler en yüksek doplanma seviyesine ve bu nedenle polimer en yüksekiletkenliğe sahiptir. Ayrıca, sonuçlar elde edilen polimerlerin iletken formdaolduğunu göstermiştir. SEM görüntüleri, HCI ortamında elde edilen PANI filmlerinhomojen bir yüzeye sahip olduğunu, buna karşılık MS ortamında elde edilenfilmlerin porlu yüzeye sahip olduğunu göstermiştir. Bu sonuçlar, EIS ölçümleri iledogruluk göstermektedir.Optik özellikleri hakkında fikir sahibi olmak üzere, MS asid içinde elde edilmişfilmin in-situ spektroelektrokimyasal ölçümleri yapılmıştır. Elde edilen absorbansdalgaboyugrafiğinde, 750 nm civarlarında bir omuz gözlenmektedir. Artanpotansiyel ile birlikte absorbansda da bir artış oluşmaktadır. Bu sonuç, polimerzincirinde yük taşıyıcılarının oluştuğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In 1977, MacDiarmid and his friends discover that when polyacetylene is doped withiodine, its conductivity increase many orders of magnitude. After this discovery,conducting polymers have generated much scientific interest. Polyaniline is a veryimportant material in the class of conducting polymers because it is synthesizedeasily, it is environmental stabile, it has good redox properties and very large usagefield like as microelectronic, corrosion prevention.Polyaniline (PANI) is synthesized with electrochemical or chemical methods. It hasdifferent intrinsic oxidation states, leucoemeraldine (LB), emeraldine (EB) andpernigrenaline (PB). LB and PB form is fully reduced and oxidized form of thepolyaniline, respectively. In the EB form, reduced and oxidized units are equalnumber. Emeraldine salt is the only conducting form of the PANI.Polymer growth of PANI is affected from the type, size and shape of the dopant,concentration of the dopant, pH of the acid in the same way, conductivity of thePANI depends on the degree of doping, oxidation state, and the particle morphology.The aim of this study was to obtain the best polymeric films of aniline having goodconductivity and supercapacitor properties. Electrochemical coating of polyanilineonto platine electrode was investigated in different electrolytes and different cyclenumbers for different aniline derivatives. All of these thin films were characterizedby FT-IR, Cyclic Voltammetry (CV), and Electrochemical Impedance Spectroscopy(EIS). These thin films are also characterized in morphology by Scanning ElectronMicroscopy (SEM). Also, in situ electrochemical study for thin film obtained fromaniline monomer doped with methane sulphonic acid (MS) were carried out on anoptically transparent electrode (Indium thin oxide (ITO) coated glass) in MS acid.Electrical conductivities of the polymers are measured with four point probe solidconductivity.Firstly, aniline and aniline chloride salt were electrodeposited on platinum bottomelectrode in the HCI acid for 8 and 16 cycles. The same experiment was made foraniline and aniline methane sulphanate salt in the MS acid. The electrochemicalbehaviors were investigated by cyclic voltammetry. One of the aims in this study isthe learning whether aniline monomer or its salt is good choice for obtaining filmshaving good conductivity. Experiments indicate that starting from aniline monomerto obtain thin film gives the best result and increasing film thickness are good forconductivity properties of thin films. Also, results indicate that organic acids providebetter media than inorganic acids.In order to perform solid state conductivity measurements, polymerization reactionswere performed electrochemically at a constant potential in the HCI and MS acidscontaining monomers. Polymeric films were deposited potentiostatically ontoplatinum plate electrodes. The conductivity measurements were shown very highvalues as 3 S/cm-1 for polyaniline obtained in MS acids.EIS was employed to monitor capacitor behaviors of films being excited at the peakvoltages and 0.0 voltages for 2 seconds. Also, effect of different cycle numbers anddifferent electrolytes were investigated. EIS results confirm that thin films obtainedfrom MS acid have better capacitive properties than films obtained from HCI acid.Also, with the FT-IR and UV measurement doping level and oxidation state of allpolymers are analyzed. This results support the CV result because polymers obtainedin MS acid have the highest doping level because of this, this polymer has thehighest conductivity. Also, results from UV and FT-IR indicate that obtainedpolymers are about conducting form. SEM images indicate that PANI films obtainedfrom HCI has homogen surface whereas films obtained from MS has porous andglobular surface. These results are agreed with the EIS measurement results.Finally, in-situ spectroelectrochemical measurement was made for polyaniline filmobtained in MS acid. In obtained absorbance vs wavenumber graph, there is a oneshoulder at the around 750nm and there is an increase in absorbance with theincreasing applied voltage. This is ascribed to formation of the charge carriers in thepolymer chains.
Benzer Tezler
- MEMS ile entegre mikro ısıtıcı ve IDE mikro sistemlerin fabrikasyonu ve nano kompozit yarı iletken gaz sensör uygulaması
Fabrication of integrated micro heater and ide micro systems with MEMS and application of nano composite semiconductor GAS sensor
HALİME İLBEYİİLİNGİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BERNA MOROVA
DOÇ. DR. CİHAT TAŞALTIN
- CSA'nın P3HT VE MEH-PPV polimerlerinin fiziksel özelliklerine etkisi
Effect of CSA on the physical properties of P3HT and MEH-PPV polymers
CEM ULUDAĞ
Doktora
Türkçe
2023
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESRA ALVEROĞLU DURUCU
- Polianilin-asit sübstitüe fosfazen iletken kompozitlerinin hazırlanması ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of conductive polyaniline-phosphazene composites
ZEYNEP ALTINBARIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
KimyaGebze Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FERDA HACIVELİOĞLU
- Polianilin-polifosfazen iletken kompozitlerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of conductive polyaniline polyphosphazene composites
NAZMİYE KILIÇ
- Development of multi-layer conductive polymer nanocomposites for electromagnetic shielding application
Elektromanyetik kalkanlama uygulamaları için katmanlı iletken polimer nano kompozitlerinin geliştirilmesi
FATMA ZEHRA ENGİN SAĞIRLI
Doktora
İngilizce
2017
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EYÜP SABRİ KAYALI
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ