Effect of carbon nanotubes and polyaniline on the properties of polyacrylonitrile/carbon nanotubes composite nanofibers
Poliakrilonitril/karbon nanotüp kompozit nanolif özellikleri üzerine karbon nanotüp ve polianilin etkisi
- Tez No: 397869
- Danışmanlar: PROF. DR. HACER AYŞEN ÖNEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- 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: 81
Özet
Poliakrilonitril sentetik yarı kristalin organik polimerdir. Genel formülü (C3H3N)n şeklindedir. Çoğu solvent ve kimyasala karşı dayanıklıdır. Akrilonitril polimerinden serbest radikal polimerizasyonu ile üretilir. Anyonik polimerizasyonla da üretilebilir. Yüksek moleküler ağırlıklı poliakrilonitril ile karbon fiber üretimi yapılır. Karbon nanotüpler tek katmanlı veya çok katmanlı olabilirler. Çapları 1 nm ile 100 nm arasında değişebilir. Boyları ise 0.1 lm'den itibaren başlayarak farklılık gösterir. Çok katmanlı veya tek katmanlı yapılarına göre çeşitli özellikler gösterirler. Genellikle tek katmanlı karbon nanotüpler daha spesifik ve ideal mekanik özellikler gösterirler. Fakat yüksek üretim maliyetlerinden dolayı çok katmanlı karbon nanotüpler terch edilir. Mükemmel özelliklerine rağmen, güçlü Van der Waals kuvvetleri yüzünden karbon nanotüpler kolaylıkla aglomere yapı oluşturabilirler. Bu zayıf kimyasal uyumu ugulamalarını kısıtlar. Bu nedenle karbon nanotüpler çeşitli kimyasal yöntemlerle fonksiyonlandırılırlar.Karboksil, hidroksil ve amino grupşarın yardımıyla karbon nanotüplerin solventler içerisindeki çözünürlüğü ve dispersiyonu gelişir. İletken polimerler ise elektormanyetik kalkanlama, biyosensörler, enerji depolama cihazları gibi birçok alanda kullanılır. İletken polimerler arasında polianilin ucuz maliyeti, kolay sentezi ve diğer polimerlerle iyi uygunluk göstermesi bakımından polimerik matrikslerde iletkenlik sağlamak için kullanılan polimerlerden biridir. Fakat polianilin zor çözünebilen ve işlenmesi zor olan bir polimerdir. Bu nedenle çeşitli kimyasallar ile birlikte kullanılarak işlenebilirliği arttırılır. PAN özelliklerinden dolayı yüksek performanslı lif üretimi için kullanılan önemli polimerlerden biridir. Karbon nanotüpler ise polimerik matriks için ideal güçlendirici materyallerdendir. PAN zincirleri ve CNT arasındaki etkileşimler sayesinde, polimer matris içinde CNT oryantasyonunun artmasıyla PAN makromoleküler oryantasyonunun arttığı bildirilmiştir. CNT yüzeyindeki fonksiyonel grupların CNT'ler arasındaki çekici van der Waals kuvvetlerini etkisizleştirmesinden dolayı dispersiyonu geliştirmede etkili olan işlenmemiş ve fonksiyonlanmış CNT'ler birçok polimer matris içinde disperse olabilirler. Nanolifler elektrospining kullanılarak, polimer çözeltisinden hazırlanabilir. Bu metotla, polimer çözeltisi iğne ucu ile metal toplayıcı arasına yüksek voltaj uygulanarak, içerisine CNT gömülü şekilde nanolif oluşur. Bu çalışmada PAN-CNT ve PAN-CNT-PANI kompozit lifleri elektrospining tekniği ile üretilmiştir. Liflerin karakterizasyonu FT-IR, SEM, DSC, XRD, mukavemet cihazı ve iletkenlik cihazıyla yapılmıştır. Deneysel kısımda ilk olarak CNT/PAN kompozitleri üzerine çalışılmıştır. Kolaylıkla aglomere olabilen karbon nanotüpler için en uygun çalışma yüzdesini belirleyebilmek için % 0,5'ten başlayarak sırasıyla 1, 3, 5, 7 ve 10 yüzde oranlarında CNT ilavesi ile PAN lifleri hazırlanmıştır. Mukavemet sonuçlarına göre yapılan değerlendirmelerde en uygun çalışma yüzdesi %1 ve %3 CNT ilavelerinde görülmüştür. Bu değerlerden sonra yüksek miktarda gözlenen aglomere yapılardan dolayı mekanik özellikler düşme göstermiştir. Diğer bir taraftan CNT disperse yöntemi incelenmiştir. Ultrasonik banyo, ultrasonik homojenizer ve mekanik homojenizer ile yapılan çeşitli deneyler sonucu üretilen nanoliflerin mukavemet sonuçları değerlendirildiğinde en iyi sonucun karbon nanotüplerin önce 10 dk ultrasonik homojenizer ile disperse edilmesi daha sonra ise 45 dk ultrasonik banyoda kalması ile elde edildiği gözlemlenmiştir. Bundan sonraki proseslerde CNT dispersiyonu için kullanılan yöntem olarak bu kullanılmıştır. Bu bölümde son olarak ise hazır alınan plazma yöntemiyle karboksil ve amin grup bağlanmış karbon nanotüplerin etkisi incelenmiştir. Mukavemet sonuçlarına bakıldığında yapısındaki nitril grupları sayesinde amin grup bağlı karbon nanotüplerin PAN matrik içerisinde daha iyi uyum gösterdiği ve saf PAN lifine göre mukavemeti geliştirdiği görülmüştür. Fonksiyonel grubun etkisi incelendikten sonra ikinci adımda amaç asit muamelsei yöntemiyle karbon nanotüpleri fonksiyonlandırmak ve etkilerini incelemektir. Karbon nanotüplere ilk olarak sülfürik asit/hidroklorik asit yardımıyla muamelesiyle karboksil grup bağlanır. Hidroksil ve amin grubu bağlama işlemi bu karboksil grup bağlanmış karbon nanotüpleri üzerinden yapılır. Hidroksil grup için etilen glikol, amin grup için izoforon diamine kullanılır. FT-IR sonuçlarıyla karbon nanotüplere fonksiyonel grup bağlama işleminin başarıyla gerçekleştirildiği görüldükten sonra bu karbon nanotüpler ile CNT/PAN nanolifleri hazırlanır ve mukavemet, iletkenlik, ısıl ve morfolojik bakımdan nanoliflere etkileri incelenir. Nanoliflerin çap sonuçları incelendiğinde fonksiyonlandırma ile çap değerlerinin azalma gösterdiği görülmüştür. Mukavemet sonuçlarında ise, amin grup bağlı karbon nanotüpleri ile hazırlanan kompozitlerin 2.24 N/mm2 ile en iyi değeri vermiştir. İletkenlik ve kristalinite de saf PAN lifine göre gelişme göstermiştir. Fakat karboksil, amin ve hidroksil grup bağlı karbon nanotüpler arasında iletkenlik bakımından çok farklılık görülmemiştir. Bu bölümdeki sonuçlardan elde edilen verilere göre amin grup başlı karbon nanotüpler ile çalışılmaya devam edilmiştir. Üçüncü bölümde amin grup bağlı karbon nanotüpler ile saf, hiçbir grup bağlı olmayan karbon nanotüpleri üzerine çalışma yapılmıştır. %1 ve %3 oranında CNT ilavesi ile kompozitler hazırlanmıştır ve morfolojik, iletkenlik ve mukavemet bakımından sonuçlar incelenmiştir. Bu sonuçlar dahilinde %1ve %3 oranında amin bağlı karbon nanotüp en iyi sonucu verdiğinden dolayı PANI ile yapılacak kompozitlerde kullanılmaya karar verilmiştir. Deneysel kısmın son bölümünde hem karbon nanotüp hem PANI aynı anda PAN matriksi içine katılıp, kompozit nanolif üretilmiş ve özellikleri incelenmiştir. PANI oranı %3 oranında tutulmuş, karbon nanotüp ise %1 ve %3 oranında çalışılmıştır. Saf PAN ve PANI liflerine göre karşılaştırma yapılarak sonuçlar değerlendirilmiştir. %3 PANI ve %1 CNT katkısı ile mukavemet saf PAN lifine göre 8.64 N/mm2'den 10.85 N/mm2 'ye çıkmıştır. En iyi mukavemet bu değerlerde elde edilmiştir. İletkenlik bakımından incelendiğinde nanolifler antistatik sınırına gelmiş ve saf PAN lifine göre gelişme göstermiştir. Termal testlerden elde edilen verilere göre ise PANI etkisi ile ısıl bakımından da nanoliflerin gelişme gösteridiği gözlemlenmiştir. XRD sonuçlarına göre ise en iyi kristaliniteyi %3 PANI ve %1 CNT içeren numunenin gösterdiği bulunmuştur.
Özet (Çeviri)
PAN is the most widely used precursor for processing high performance fibers due to its combination of tensile and compressive properties as well as its high carbon yield. CNTs are ideal reinforcing materials for polymeric matrix. Some important interactions exist between PAN chains and CNTs and these ones lead to a higher orientation of PAN chains during the heating process. It was reported that the PAN macromolecular orientation increases with increasing CNT orientation in the polymer. Some difficulties must be overcome before producing a homogenous dispersion of CNTs in a polymer matrix, including modification for CNTs and processing methods for fabrication CNTs/polymer composites. Modification for CNTs may be succeed by lots of methods including the use of surfactants and chemical functionalization which has been shown to be effective in improving dispersion because the functional groups on the CNTs surface counteract the van der Waals attractive forces between CNTs and then enhance interaction of the matrix phase. Pristine and functionalized CNTs can be dispersed in a lot of polymer matrix systems. Among the conductive polymers, polyaniline (PANI) is widely used in polymer matrix to improve conductivity thanks to ıts low cost, ease of synthesis and good compability with other polymers. Nanofibres can be prepared from a polymer solution utilizing electrospining. Electrospinning is one of tools for preparation of nanofibers and also ıt provides a straightforward and cost-effective approach to produce fibers from polymer solutions or melts having various diameters. In this thesis, PAN-CNT and PAN-CNT-PANI composite fibers were produced. Characterization of composite nanofibers is made by FT-IR, DSC, XRD, SEM, tensile tester and conductivity meter. With the addion of PANI and CNT, tensile strength improved to 10.85 N/mm2 from 8.64 N/mm2. Also electrical conductivity and crystallization were improved with PANI and CNT.
Benzer Tezler
- Farklı asitlerle katkılanmış polianilinin sentezi, karakterizasyonu ve süperkapasitör uygulaması
Synthesis, characterization and supercapacitor application of polyaniline doped with different acids
MERVE METİN ÇELENK
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA SENİHA GÜNER
DR. YURDANUR TÜRKER
- Preparation and characterization of conductive polymer composites, and their assessment for electromagnetic interference shielding materials and capacitors
İletken polimer kompozitlerinin hazırlanması ve karakterizasyonu, ve bunların elektromanyetik parazit kalkanları ve kapasitörler için değerlendirilmesi
ÖZCAN KÖYSÜREN
Doktora
İngilizce
2008
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Bölümü
DOÇ. DR. GÖKNUR BAYRAM
- Investigation of capacitive behaviour of emulsion polymerized pedot and its nanocomposites
Emülsiyon polimerizasyonu ile sentezlenen pedot ve nanokompozitlerinin kapasitif özelliklerinin incelenmesi
DENİZ GÜLERCAN
Doktora
İngilizce
2019
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ
- Bazı iletken polimer elektrotlar ile yeni elektrokimyasal sensörlerin hazırlanması ve ilaç etken maddelerine uygulanması
Preparation of some novel electrochemical sensors and application to drug active substances with conductive polymer electrodes
EBRU KUYUMCU SAVAN