Electromechanical sensing properties of flexible electronics from functional polymer nanocomposites
Fonksiyonel polimer kompozitlerden üretilen esnek elektroniklerin elektromekanik algılama özellikleri
- Tez No: 739074
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ HATİCE AYLİN KARAHAN TOPRAKÇI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yalova Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Polimer Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 98
Özet
Hafif, kolay işlenebilen, farklı morfolojik, termal, mekanik ve elektriksel özelliklere sahip olan polimerler, ayarlanabilir özellikleri sayesinde genellikle elektronik, otomotiv iç mekanları, dış mekan ürünleri, biyomedikal vb. gibi çeşitli uygulamalarda tercih edilmektedir. Dolgu/katkı malzemelerinin eklenmesi ile polimer matrisin bazı özellikleri değiştirilebilmektedir. Örneğin, elektriksel iletkenlik gerektiren uygulamalar için yalıtkan polimer matrise iletken dolgu malzemesi eklenmesi ile elektriksel olarak iletken polimer kompozitler üretilmektedir. Bu durumda iletken kompozitlerin son özellikleri açısından sadece dolgu özellikleri değil aynı zamanda matris özellikleri de önemlidir. Bu çalışmada, dolgu ve matris türünün piezorezistif algılama performansı üzerindeki etkisinin gözlemlenmesi için farklı nanokompozitler hazırlanmıştır. Literatürde ilk kez, farklı blok oranlarına sahip iki farklı poli[stiren-b-(etilen-ko-bütilen)-b-stiren] (SEBS) (stirenin etilen-bütilene oranı (S/EB): 13/87 ve 19/81) ve karbon siyahı (KS), buhar biriktirme yöntemi ile üretilmiş karbon nanofiberler (KNF) ve KS ve KNF karışımı (KNF:KS = 1) olmak üzere üç farklı dolgu ağırlıkça %0.5-6.5 konsantrasyonlarında kullanılmıştır. Bu çalışmanın ilk aşamasında, esnek iletken polimer kompozitler üretilmiş ve dolgu türüne, dolgu konsantrasyonuna ve matris türüne bağlı olarak kompozitlerin, morfolojik, elektriksel, mekanik özellikleri ve piezorezistif algılama performansları incelenmiştir. Perkolasyon davranışı göz önünde bulundurularak kompozitlerin uzama sensörleri olarak kullanılabildiği tespit edilmiş olsa da hibrit dolgu içeren nanokompozitlerin hassasiyetinin daha yüksek olması çalışmanın özgülüğü olarak verilebilir. Ağırlıkça %3.5 KS-KNF hibrit dolgulu nanokompozit, SEBS içeren hibrit nanokompozitler için elde edilen hassasiyet değeri (GF) yaklaşık olarak 333 civarındadır ve bu değer literatürdeki hibrit dolgulu SEBS piezorezistif sensörlerde elde edilen yüksek değerlerdendir. Bunun nedeni, KNF'nin KS'ye eklenmesiyle oluşan benzersiz iletken ağ oluşumudur. KS dolgulu nanokompozitlere kıyaslandığında sadece perkolasyon konsantrasyonunda azalma gözlemlenmemiş, aynı zamanda düşük ve yüksek aspek oranlı dolgu maddeleri arasındaki ek bağlantılardan dolayı uzamaya karşı oldukça hassas olan yeni, benzersiz iletken ağ morfolojisinin oluşumu sağlanmıştır. Çalışmanın son aşamasında, hibrit nanokompozitler kumaş yüzeyine kaplanarak tekstil içeren sensör üretilmiş ve morfolojik ve elektromekanik özellikleri incelenmiştir. Tekstil esaslı piezorezistif uzama sensörünün gage faktörü yaklaşık 108 bulunmuş ve bu da literatürde ilk kez rapor edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Polymers that are lightweight, easily processable, and have different morphological, thermal, mechanical, and electrical properties, are generally preferable for various applications such as electronics, automotive interiors, outdoor products, biomedical, etc. thanks to their tunable properties. With the incorporation of filler/additive materials, some properties of the polymeric matrix can be changed. For instance, for the applications those require electrical conductivity, electrically conductive polymer composites are fabricated with the addition of conducting filler material into the insulating polymer matrix. In this case, not only filler properties but also matrix properties are of significance in terms of the final properties of the conductive composites. In this work, to observe the effect of filler and matrix type on piezoresistive sensing performance, different nanocomposites were prepared. Two different poly[styrene-b-(ethylene-co-butylene)-b-styrene] (SEBS) with different block ratios (styrene to ethylene-butylene ratio (S/EB): 13/87 and 19/81) and three different filler systems were used including carbon black (CB), vapor grown carbon nanofibers (VGCNFs), and mixture of CB and VGCNF (VGCNF:CB = 1) at the filler concentration between 0.5 to 6.5 wt% for the first time in the literature. In the first step of this study, flexible conductive polymer composites were fabricated and their morphological, electrical, mechanical properties and piezoresistive sensing performance were investigated depending on filler type, filler concentration, and matrix type. Regarding to the percolation behavior, composite sets were found to be used as strain sensors. However, the sensitivity of hybrid filler-based nanocomposites was higher that could be given as the novelty of the study. The nanocomposite with 3.5 wt% CB-VGCNF hybrid filler showed the gauge factor (GF) around 333 that was one of the highest sensitivity obtained for SEBS based hybrid nanocomposites in the literature. The reason was the unique conductive network formation with the addition of VGCNF into CB. Not only decrease in percolation concentration was observed compared to CB-filled nanocomposites but also formation of new unique conductive network morphology was achieved that was highly sensitive to strain deformation because of additional junctions between low and high aspect ratio fillers. In the final step of the study, a textile-based sensor was fabricated from the hybrid nanocomposites by coating on the fabric surface, and its morphological, and electromechanical properties were also characterized. The GF of the textile-based piezoresistive strain sensor was found around 108 that was also reported for the first time in the literature.
Benzer Tezler
- Sincap kafesli asenkron makinenin rotor alan yönlendirmeli kontrolü
Rotor field-orientation control of a squirrel cage induction machine
SAFFET ALTAY
Yüksek Lisans
Türkçe
1995
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. M. EMİN TACER
- Nanokompozit tabanlı esnek dokunsal sensörler
Nanocomposite-based flexible tactile sensors
YETER ŞEKERTEKİN
Doktora
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DİNÇER GÖKCEN
- Fabrication of graphene-coated flexible and conductive cotton fabrics
Grafen kaplı esnek ve ı̇letken pamuklu kumaşların üretı̇mı̇
SAMIR ABDUL SALAM SAAD
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Mekatronik MühendisliğiBahçeşehir ÜniversitesiMekatronik Ana Bilim Dalı
Assist. Prof. Dr. AMİR NAVİDFAR
- Parilen C tabanlı esnek basınç sensörlerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of parylene C based flexible pressure sensor
SEDAT KURNAZ
Doktora
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKastamonu ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜR ÖZTÜRK
- Novel approaches for microscale sensing using silicon and graphene based devices
Başlık çevirisi yok
MUSTAFA BULUT COŞKUN