INTERPHASE AND PARTICLE DISPERSION CORRELATIONS IN POLYMERNANOCOMPOSITES
POLİMER NANOKOMPOZİTLERDE İNTERFAZ VE PARÇACIK DAĞILIMI İLİŞKİLERİ
- Tez No: 799770
- Danışmanlar: DOÇ. DR. PINAR AKCORA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Stevens Institute of Technology
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Polimer Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 241
Özet
Polimer matrislerdeki parçacık dağılımı, polimer nanokompozitlerin mekanik performansını etkileyen önemli bir parametredir. Parçacık dağılımını kontrol etmek ve büyük kesme ve sıcaklık değişimleri altında kompozitlerin yaşlanmasını anlamak, biyotıptaki çeşitli uygulamalar, yüksek oranda takviye edilmiş malzemeler ve daha da önemlisi adaptif mekanik tepkilere sahip polimer kompozitler in proses koşullarını ve ömrünü belirler. Bu tez, itici etkileşimli kompozitlerde deformasyon altında partikül dağılımının değiştiği ve çekici etkileşimli kompozitlerde çok sayıda salınımlı kesme ve bekleme döngüsünden sonra partiküllerin iyi dağılımının korunduğu iki kitle sisteminde partiküller ve polimer matrisler arasındaki interfaz katmanlarının rolünü araştırmaktadır. Kesme deformasyonu altındaki çekici etkileşimli kompozitlerdeki zincir desorpsiyonu ve tekrar adsorpsiyon işlemlerinin, kitle mikroskobik mekanik özellikleri efektif bir şekilde artırabildiği ve uzun adsorbe edilmiş katman zincirlerinin daha yoğun bir dolaşık interfaz katmanına yol açtığı gösterilmiştir. Ek olarak, parçacıkların interfazdaki dolaşma etkisini desteklemek için homopolimer zincirlerin bimodal uzunluklarıyla fiziksel olarak adsorbe edildiği deneyler tasarlanmıştır. Bimodal polimer kaplanmış zincirlerin arayüzey gücünü iyileştirdiği ve parçacık yüklemesini, dağılım durumunu veya polimer konformasyonunu değiştirmeden kompozitlerin elastik özelliklerini ayarlamak için kullanılabileceği gösterilmiştir. Son olarak, dinamik asimetrinin (polimer karışımlarındaki farklı gevşeme davranışları) ve interfaz tabakasındaki kimyasal heterojenliğin rolü, poli(etilen oksit) matris içinde dağılmış poli(metil metakrilat) ile kaplanmış silika nanoparçacık sistemlerinde araştırılmıştır. Bu tür nanokompozitlerin, her iki polimerin camsı geçişlerinin üzerindeki sıcaklıklarda benzersiz termal güçlenme davranışı sergilediği gösterilmiştir. Bu ilginç bulgular, çekici etkileşimli parçacık yüzeyleri üzerindeki polimerler için mevcut camsı tabaka teorilerinin aksine, yüzeye bağlı polimerin hareketli olmasının polimer nanokompozitlerde mekanik takviye için gerekli olduğunu göstermektedir. Gösterilen termal olarak indüklenen mekanik sertleşme davranışı tersine çevrilebilirdir ve bu arayüzey mekanizması duyarlı olmayan bileşenlerden yeni aktif, uzaktan kontrol edilebilir malzeme tasarımları için oldukça dikkat çekicidir.
Özet (Çeviri)
Particle dispersion in polymer matrices is a major parameter governing the mechanical performance of polymer nanocomposites. Controlling particle dispersion and understanding aging of composites under large shear and temperature variations determine the processing conditions and lifetime of composites which are very important for diverse applications in biomedicine, highly reinforced materials and more importantly for the polymer composites with adaptive mechanical responses. This thesis investigates the role of interphase layers between particles and polymer matrices in two bulk systems where particle dispersion is altered upon deformation in repulsive composites, and gooddispersion of particles is retained after multiple oscillatory shearing and aging cycles in attractive composites. We demonstrate that chain desorption and re-adsorption processes in attractive composites under shear can effectively enhance the bulk microscopic mechanical properties, and long chains of adsorbed layers lead to a denser entangled interphase layer. We further designed experiments where particles are physically adsorbed with bimodal lengths of homopolymer chains to underpin the entanglement effect in interphases. Bimodal adsorbed chains are shown to improve the interfacial strength and used to modulate the elastic properties of composites without changing the particle loading, dispersion state or polymer conformation. Finally, the role of dynamic asymmetry (different mobilities in polymer blends) and chemical heterogeneity in the interphase layer are explored in systems of poly(methyl methacrylate) adsorbed silica nanoparticles dispersed in poly(ethylene oxide) matrix. Such nanocomposites are shown to exhibit unique thermal stiffening behavior at temperatures above glass transitions of both polymers. These interesting findings suggest that the mobility of the surface-bound polymer is essential for reinforcement in polymer nanocomposites, contrary to existing glassy layer theories for polymers on attractive particle surfaces. The shown thermallyinduced stiffening behavior is reversible and makes this interfacial mechanism highly attractive in developing new active, remotely controllable engineered materials from nonresponsive components.
Benzer Tezler
- Development of novel thermal conductive polymer nanocomposites
Yeni nesil termal iletken polimer nanokompozitlerin geliştirilmesi
ELİFTEN SEMERCİ
Doktora
İngilizce
2021
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN KIZILCAN
DOÇ. DR. TUBA ERDOĞAN BEDRİ
- Impact modified polystyrene based nanocomposites
Darbe dayanımı iyileştirilmiş polisitiren bazlı nanokompozitler
CANAN ESMA YENİOVA
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Mühendislik BilimleriOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. ERDAL BAYRAMLI
PROF. DR. ULKU YILMAZER
- Mathematical modeling of supercritical fluid extraction of biomaterials
Biyomalzemelerin süperkritik akışkanlarla ekstraksiyonunun matematiksel modellenmesi
HALİL İBRAHİM ÇETİN
Doktora
İngilizce
2007
Gıda MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MERYEM ESRA YENER
DOÇ. DR. HAKAN IŞIK TARMAN
- Zirkonya esaslı refrakter kompozitlerin üretim parametrelerinin geliştirilmesi
Improvement of parameters for production of refractory composites based on zirconia
ÇAĞATAY DURMUŞ
Doktora
Türkçe
2015
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER SERDAR ÖZGEN
- Dynamics of interface reactions and metastable phases in mixed aluminate structures
Arayüzey tepkimeleri ve yarıkararlı fazların karışık alüminat yapılarındaki dinamiği
YASEMİN AKYOL
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Mühendislik BilimleriSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ALİ GÜLGÜN