Geri Dön

Processing and characterization of carbon nanotube based conductive polymer composites

Karbon nanotüp bazlı iletken polimer kompozitlerinin işlenmesi ve karakterizasyonu

PDF İndir

  1. Tez No: 269539
  2. Yazar: SERTAN YEŞİL
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. GÖKNUR BAYRAM
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2010
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bölümü
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 298

Özet

Bu çalışmanın amacı iletken polimer kompozitlerinin elektriksel ve mekanik özelliklerini geliştirmektir. Bu amaçla, tez kapsamında farklı çalışmalar yapılmıştır. Karbon nanotüp (CNT) yüzey işlemlerinin kompozitlerin morfoloji, elektriksel ve mekanik özellikleri üzerindeki etkilerini incelemek için, poli(etilen tereftalat) (PET) bazlı polimer kompozitleri; işlem görmemiş, saflaştırılmış ve modifiye edilmiş karbon nanotüpler kullanılarak çift vidalı ekstrüderde hazırlanmıştır.Karbon nanotüp saflaştırma işlemleri sırasında, karbon nanotüplerin yüzey özellikleri nitrik asit (HNO3), sülfürik asit (H2SO4), amonyum hidroksit (NH4OH) ve hidrojen peroksit karışımları kullanılarak değiştirilmiştir. Kimyasal analiz için elektron spektroskopu (ESCA) sonuçları saflaştırma prosedürleri sonucunda metalik katalizör artıklarının karbon nanotüp yapısından uzaklaştırıldığını ve karbon nanotüp yüzeyindeki oksijen miktarının arttığını göstermiştir. Saflaştırılmış karbon nanotüplerin yüzey yapısı ayrıca, sodyum dodesil sülfat (SDS), poli(etilen glikol) (PEG) ve Bisfenol A diglisidil eter (DGEBA) kullanılarak da modifiye edilmiştir. Karbon nanotüp örneklerinin Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), karbon nanotüp yüzeylerinde kimyasal modifikasyondan sonra oluşan fonksiyonel grupları göstermiştir. Yüzey işlemleri süresince karbon nanotüplerin yüzeyinde oluşan fonksiyonel gruplar sayesinde, bu karbon nanotüpler kullanılarak hazırlanan kompozitler, işlem görmemiş karbon nanotüpler kullanılarak hazırlananlara göre daha yüksek elektriksel direnç, çekme ve darbe dayanımlarına sahiptirler.Alternatif kompozit hazırlama yöntemlerinin kompozitlerin elektriksel ve mekanik özellikleri üzerindeki etkilerini inceleyebilmek için, yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE), poli(etilen tereftalat) ve karbon nanotüpleri içeren mikrofiber ile güçlendirilmiş iletken polimer kompozitleri, çift vidalı ekstrüderde, ekstrüzyon ve ardından sıcak çekme yöntemiyle hazırlanmıştır. Kompozitler, işlem görmemiş, saflaştırılmış ve PEG ile modifiye edilmiş karbon nanotüpler kullanılarak üretilmişlerdir. Sıcak çekilmiş kompozitlerin SEM mikrografları ağırlıkça %1 CNT kompozisyonuna kadar, HDPE matriks içerisinde dağılmış PET/CNT mikrofiberlerinin varlığına işaret etmiştir. Mikrofiber ile güçlendirilmiş kompozitlerin elektriksel iletkenlik değerlerinin, yapıdaki yüksek elektriksel iletkenliğe sahip PET/CNT mikrolifleri sayesinde, mikrofiber güçlendirme yöntemiyle hazırlanmamış kompozitlere göre daha yüksek olduğu görülmüştür.İletken polimer kompozitlerinin uygulama potansiyelini incelemek için, yüzey aktif maddesi kullanımının ve karbon nanotüp yüzey modifikasyonunun, epoksi/karbon nanotüp/cam fiber kompozit panellerinin mekanik yüklemeler sırasındaki hasar algılama kapasiteleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Karbon nanotüp yüzey modifikasyonu 1,6-diaminohekzan (HMDA) kullanılarak yapılmıştır. Kompozitler hazırlanırken yüzey aktif maddesi olarak 4-oktilfenol polietoksilat (Triton X-100) (noniyonik) ve setilpiridinyum klorür (CPC) (katyonik) kullanılmıştır. Kompozit panellerin darbe, çekme ve yorulma testleri sırasında uygulanan elektriksel direnç ölçümleri, kompozitlerin hasar algılama kapasiteleri arasındaki farkları göstermiştir. Karbon nanotüp yüzey modifikasyonu ve yüzey aktif maddesi kullanımı, karbon nanotüp parçacıklarının boyutlarını küçültmüştür ve kompozit içerisinde homojen dağılmalarını sağlayarak, panellerin hasar algılama kapasitelerini arttırmıştır.

Özet (Çeviri)

The aim of this study was to improve the mechanical and electrical properties of conductive polymer composites. For this purpose, different studies were performed in this dissertation. In order to investigate the effects of the carbon nanotube (CNT) surface treatment on the morphology, electrical and mechanical properties of the composites, poly(ethylene terephthalate) (PET) based conductive polymer composites were prepared by using as-received, purified and modified carbon nanotubes in a twin screw extruder.During the purification of carbon nanotubes, surface properties of carbon nanotubes were altered by purifying them with nitric acid (HNO3), sulfuric acid (H2SO4), ammonium hydroxide (NH4OH) and hydrogen peroxide (H2O2) mixtures. Electron Spectroscopy for Chemical Analysis (ESCA) results indicated the removal of metallic catalyst residues from the structure of carbon nanotubes and increase in the oxygen content of carbon nanotube surface as a result of purification procedure. Surface structure of the purified carbon nanotubes was also modified by treatment with sodium dodecyl sulfate (SDS), poly(ethylene glycol) (PEG) and diglycidyl ether of Bisphenol A (DGEBA). Fourier Transformed Infrared Spectroscopy (FTIR) spectra of the carbon nanotube samples indicated the existence of functional groups on the surfaces of carbon nanotubes after modification. All composites prepared with purified and modified carbon nanotubes had higher electrical resistivities, tensile and impact strength values than those of the composite based on as-received carbon nanotubes, due to the functional groups formed on the surfaces of carbon nanotubes during surface treatment.In order to investigate the effects of alternative composite preparation methods on the electrical and mechanical properties of the composites, in-situ microfiber reinforced conductive polymer composites consisting of high density polyethylene (HDPE), poly(ethylene terephthalate) and carbon nanotubes were prepared in a twin screw extruder followed by hot stretching of PET/CNT phase in HDPE matrix. Composites were produced by using as-received, purified and PEG treated carbon nanotubes. SEM micrographs of the hot stretched composites pointed out the existence of in-situ PET/CNT microfibers dispersed in HDPE matrix up to 1 wt. % carbon nanotube loadings. Electrical conductivity values of the microfibrillar composites were higher than that of the composites prepared without microfiber reinforcement due to the presence of continuous PET/CNT microfibers with high electrical conductivity in the structure.To investigate the potential application of conductive polymer composites, the effects of surfactant usage and carbon nanotube surface modification; on the damage sensing capability of the epoxy/carbon nanotube/glass fiber composite panels during mechanical loadings were studied. Surface modification of the carbon nanotubes was performed by using hexamethylene diamine (HMDA). 4-octylphenol polyethoxylate (nonionic) (Triton X-100) and cetyl pyridinium chloride (cationic) (CPC) were used as surfactants during composite preparation. Electrical resistivity measurements which were performed during the impact, tensile and fatigue tests of the composite panels showed the changes in damage sensing capabilities of the composites. Surface treatment of carbon nanotubes and the use of surfactants decreased the carbon nanotube particle size and improved the dispersion in the composites which increased the damage sensitivity of the panels.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    879069

    Enerji depolamada yenilikçi karbon yapılı esnek yüzeylerin üretimi ve analizi

    Production and analysis of novel carbon structured flexible surfaces for energy storage applications

    ESRA ŞERİFE KILIÇ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ DEMİR

  2. Tez No

    710900

    Development of novel thermal conductive polymer nanocomposites

    Yeni nesil termal iletken polimer nanokompozitlerin geliştirilmesi

    ELİFTEN SEMERCİ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NİLGÜN KIZILCAN

    DOÇ. DR. TUBA ERDOĞAN BEDRİ

  3. Tez No

    362595

    Elektro döndürme yöntemi ile elde edilen karbon nanolif ve karbon nanotüplerin karakterizasyonu ve işlevselleştirilmesi

    Characterisation and functionalization of electrospun carbon nanofibers and carbon nanotubes

    MERVE YILMAZER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Gıda Mühendisliği Bölümü

    YRD. DOÇ. FİLİZ ALTAY

  4. Tez No

    512798

    Fabrication and characterization of ultra high performance cnts/pei nanocomposite filaments for additive manufacturing

    Eklemeli imalat için ultra yüksek performanslı iletken nanokompozit filamanların üretimi ve karakterizasyonu

    ÖZGE KAYNAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ELİF ÖZDEN YENİGÜN

  5. Tez No

    467155

    An investigation into polymer-based photovoltaic fiber structures

    Polimer esaslı fotovoltaik lif yapılarının araştırılması

    İSMAİL BORAZAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ DEMİR

    DOÇ. DR. AYŞE BEDELOĞLU

Geri Dön