Control of contact charging on polymers with organic charge-transfer complexes and quantum dots
Organik yük-transfer kompleksleri ve kuantum noktalari ile statik elektriğin kontrol edilmesi
- Tez No: 760762
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BİLGE BAYTEKİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Chemistry, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Nanoteknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 100
Özet
Triboelektrik olarak da bilinen dokunma ile elektriklenme, iki yalıtkan malzeme birbirine temas ettiğinde ve ayrıldığında meydana gelir. Polimerlerde triboelektrik mekanizması ve yük sönümlenmesi mevcut bilimsel araştırmalarda hala bir gizemdir. Bununla birlikte, yüzeylerde statik elektrik birikimi ve sönümlenmesi birçok endüstri için zararlı olabilir. Örneğin, uyduların zarar gördüğü uzay endüstrisinde, toz ilaçların proses ve üretim süeçlerinde biriken statik elektrik ciddi bir sorundur ve MEMS cihazlarının triboelektriklenmeden muzdarip olduğu mikro elektronikte önemli ekonomik kayıplara neden olur. Şimdiye kadar, bu soruna ortak yaklaşım, endüstriyel uygulamaların çoğu için ideal olmayan yüksek iletken katkı maddeleri katkılanarak yüzeyleri iletken hale getirmektir. Bu tez, polimer yüzeyinin yüzey iletkenliğinde bir artış olmaksızın, polimerler üzerindeki temas yükleri için yeni ışık kontrollü sönümleme mekanizmalarını keşfetmek için araştırmalar sunmaktadır. Polimer yüzeylerin antistatik davranışı, organik yük transfer komplekslerinin (CTC) veya kuvantum noktalarının (CdSe, CdSe/ZnSe) katkılanmasıyla elde edilir. Çalışmanın ilk bölümünde, piren ve türevlerinden oluşturulan CTC'ler ve polidimetilsiloksan (PDMS) içine katkılı TCNQ'nun, Faraday kap ölçümleri ile izlendiği gibi, katkısız polimerlerdeki yük sönümlemesine kıyasla daha hızlı bir sönümleme gerçekleştirdiği bulundu. İkinci bir düzenekte, hekzan içindeki triboelektrik yüklü polimer boncukların şişelerine damlatılan CTC çözeltileri, boncukların düşme süresi ile boncukların daha hızlı yük sönümlemesini etkiledi. Hem katı numunelerde hem de hekzan iv içindeki boncuklarla, her bir CTC'nin aracılık ettiği polimer yük sönümlemesi için gereken süre, CTC'lerin yük transfer derecesi ile ilgilidir. Ek olarak, numuneler bir UV kaynağı tarafından uyarıldığında, ışıksız numunelere kıyasla yük azalmaları daha hızlı olmuştur. Teorik hesaplamalar, uyarım üzerine HOMO-LUMO aralığının azaldığını ve bu da tribo şarjların dağılmasını arttırdığını doğruladı. Verici ve alıcı kısımlar arasındaki hidrojen bağlarının PDMS'deki CTC morfolojisini değiştirdiği, bu da yükleme ve yük sönümleme davranışında farklılıklara neden olduğu bulundu. Oluşturulan CTCler UV-Vis, XRD, KPFM, ve SEM ile karakterize edildi. Bu tezin ikinci bölümünde, bu malzemelerin polimer yük sönümleme performansını test etmek için polimerlerde CdSe, CdSe/ZnSe kuantum noktaları (QD) katkılanmıştır. Sentezlenen ve oluşturulan QD ve QD-kompozitleri UV-Vis, XRD, TRF, SEM ve TEM ile karakterize edildi. Bu yeni malzeme seti, polimer kompozitlere benzersiz özelliklerini, yani ayarlanabilir bant boşluklarını ve nanokristallerdeki kuvantum hapsetme etkilerini getiriyor. Bu özellikler, yük dağılımına yeni kapılar açar; bunlardan biri, bant aralığı mühendisliği ile yarı iletkenlerdeki boşlukların ve elektronların uzamsal yer değiştirmesinin değiştirilmesiyle keşfedilmiştir. Bu çalışmada, yük transfer derecesi (CTC için) ve electron-boşluk lokalizasyonları (QD) gibi özelliklerinin kontrolünden etkilenen CTC'ler ve QD'ler ile katkılı polimerler üzerinde daha hızlı triboelektrik yük sönümlendiği gösterildi. Işık kontrollü uzaktan yük sönümlemenin diğer malzeme türlerine genişletilebileceği ve malzemelerin özelliklerine göre ince ayar yapılabileceği gösterildi. Polimerlerin yüzey iletkenliğini artırmayan, geleneksel olmayan katkı maddeleri içeren diğer olası ancak henüz keşfedilmemiş yük sönümleme mekanizmalarını ortaya çıkardı. Son olarak, bu bulguların, elektronik kaplamalar gibi malzemelerin antistatik ancak iletken olmaması gereken durumlarda faydalı olabileceğine ve ilham kaynağı olabileceğine inanıyoruz.
Özet (Çeviri)
Contact charging, also known as triboelectrification, occurs when two insulator materials are contacted and separated. The mechanism of polymer triboelectrification and the following charge dissipation are still 'mysteries' in the current scientific research. However, generation and transfer of contact charges on surfaces could be harmful to many industries. It causes substantial economic losses in, e.g., space industry where satellites are damaged, in pharmaceuticals where charging of powder drugs is a severe problem for process and manufacturing, and in microelectronics where MEMs devices suffer from triboelectric charging. So far, the common approach to this problem is to render surfaces conductive with high loading of conductive additives, which is not ideal for most of the industrial applications. This thesis presents some efforts to open and explore new light-controlled discharging mechanisms for contact-charges on polymers, without an increase in surface conductivity of the polymer surface. The antistatic behavior of the polymer surfaces are achieved by doping of organic charge-transfer complexes (CTC)s or quantum dots (CdSe, CdSe/ZnSe). In the first part of the study, the CTCs formed from pyrene and its derivatives, and TCNQ doped into the polydimethylsiloxane (PDMS) were found to affect a faster discharge compared to the discharging on undoped polymers, as monitored by Faraday cup measurements. In a second setup, solutions of CTCs dropped into the vials of contact charged polymer beads in hexane affected a similar faster discharge of the beads, which was monitored by the fall time of the beads. In both solid samples and with the beads in hexane, the time required for the polymer discharge mediated by each CTC was ii related to the CTCs degree of charge transfer. Additionally, when the samples were excited by a UV source, the charge decays were faster in comparison to the non-illuminated samples. Theoretical calculations confirmed that HOMO-LUMO gap decreases upon excitation, which enhances the dissipation of tribocharges. It was also found that hydrogen bonds between donor and acceptor moieties alter the CTC morphology in PDMS, which yields differences in charging and discharging behavior. The formed CTC-composites were characterized by UV-Vis, AFM, XRD, and SEM. In the second part of this thesis, CdSe, CdSe/ZnSe quantum dots (QD) were doped in the polymers to test the polymer discharging performance of these materials. The formed QD-composites were characterized by UV-Vis, TRF, XRD, SEM, and TEM. This new set of materials bring in their unique properties to the polymer composites, i.e., bandgaps which are tunable, and quantum confinement effects in the nanocrystals. These properties unlatch new doors to the charge dissipation, one of which was explored by changing spatial delocalization of holes and electrons in semiconductors with band-gap engineering. In this study, the faster discharging on polymers doped with CTCs and QDs affected by a control of their properties, like degree of charge transfer (for CTC) and hole-electron localizations (QD) were displayed. It was shown that light-controlled remote discharging maybe expanded to other types of materials, and it can be fine-tuned by materials' properties. The results point towards other possible but yet unexplored discharging mechanisms with unconventional additives, which do not simply increase the polymers' surface conductivity. Finally, we believe that these findings can be useful where materials are needed to be antistatic, but not conductive, such as in the electronic coatings.
Benzer Tezler
- Metal infiltre edilmiş mikro poroz karbon kompozitlerin aşınma ve sürtünme davranışının karakterizasyonu
Başlık çevirisi yok
GÜLTEKİN GÖLLER
Doktora
Türkçe
1997
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADNAN TEKİN
- Self-assembled monolayers on metal oxides: Applications in nanotechnology
Başlık çevirisi yok
OKTAY YILDIRIM
Doktora
İngilizce
2010
Kimya MühendisliğiUniversity of TwentePROF. DR. JURRIAAN HUSKENS
PROF. DR. GUUD RIJNDERS
- Preparation and characterization of anti bacterial, anti scratch and easy to clean multifunctional coatings by sol gel method
Anti bakteriyel, çizilme direnci yüksek ve kolay temizlenebilen kaplamaların sol jel yöntemiyle hazırlanması ve karakterizasyonu
FATMA BEYZA YEDİKARDEŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESRA ÖZKAN ZAYİM
- Quantum dot-polymer interactions in contact electrification of common polymers
Dokunma ile elektriklenmede kuantum noktaları-polimer etkileşimleri
GÖRKEM EYLÜL KAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİLGE BAYTEKİN
- Ultrasona duyarlı hidrojellerin sentezi ve ilaç salım davranışlarının incelenmesi
Synthesis of ultrasensitive hydrogels and investigation of drug release behavior
ŞULE BALCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
BiyomühendislikSakarya ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CUMA BİNDAL