Quantum dot-polymer interactions in contact electrification of common polymers
Dokunma ile elektriklenmede kuantum noktaları-polimer etkileşimleri
- Tez No: 830850
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BİLGE BAYTEKİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- 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: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 96
Özet
Dokunma ile elektriklenme, yalıtkan bir malzeme yüzeyinin başka bir yüzeye dokundurulması veya sürtünmesi ile meydana gelir. Bu temas, elektrik yüklerinin oluşmasına neden olur ve bu yüklerin birikmesi kontrolsüz elektrik deşarjına yol açarak örneğin, deşarj kaynaklı toz patlamaları gibi kazalara neden olur. Bu ve benzeri durumlar endüstride ciddi ekonomik kayıplara yol açar. Öte yandan, oluşan bu elektrik yükleri, son zamanlarda gelişen triboelektrik nanojeneratörler gibi mekanik enerjinin elde edilmesinde kullanılan bir çok uygulama alanına katkıda bulunabilir. Bu nedenlerle, dokunma ile elektriklenme sonrasında oluşan yüklerin kontrolünü sağlamak ve elektriklenme mekanizmasını detaylı olarak anlamak önem taşımaktadır. Ancak dokunma ile elektriklenme, yüzyıllarca süren araştırmalara rağmen hala tam olarak anlaşılamamıştır çünkü elektron, iyon ve malzeme transferi gibi karmaşık olaylar içerir. Bu tezde, kuantum noktaları (KN'ler) yaygın olarak kullanılan polimerlere eklenmiş, polimerlerin dokunma ile elektriklenmesi incelenmiştir. Nanometre ölçeğindeki yüzey mühendisliği, bu KN-polimer kompozitleri için yeni uygulama alanları yaratabilir ve dokunma ile elektriklenmenin mekanizmasının aydınlatılmasına yardımcı olabilir. Bu tezin ilk bölümünde, CdSxSe1−x ve CdSxSe1−x/ZnSe KN'lerini PDMS polimerine ekleyerek oluşan kompozit elektriklendirildiğinde oluşan yüklerin sönümlenme mekanizmalarını araştırılmmıştır. KN'lerin polimerle etkileşimlerini, elektron-boşluk yük taşıyıcılarının farklı konumlarına göre, bant genişliği mühendisliği yaklaşımıyla iv test edilmiştir. Tezin diğer bölümlerinde, KN-polimer kompozitlerinde yük oluşumu incelenmiştir. Öncelikle oleik asit ile kaplanmış KN'leri piridin ile işleme tabi tuttuk ve böylece KN'lerdeki ligand değişim işleminin yüklenmeye etkisi test edilmiştir. Daha sonra, farklı polimer matrislerinin yük stabilitesine etkisi, polietilen, polistiren ve polimetilmetakrilat polimerlerine KN katkılanarak araştırılmıştır. Tezin son bölümünde ise, inorganik KNlere kıyasla daha biyo-uyumlu ve çevre dostu bir katkı madde olan azot eklenmiş karbon noktaları polivinil alkol polimerine eklenerek yüklenme deneyleri yapılmıştır. KNler ve KNli polimerler UV-VIS spektroskopisi, fotolüminesans, ışıma ömrü, atomik kuvvet mikroskopisi, transmisyon elektron mikroskopisi ve X-ışını kırınımı yöntemleriyle karakterize edilmiştir. Sonuç olarak KNlerin, polimer yüzeylerindeki yükleri stabilleştirme veya kararsızlaştırma amacıyla kullanılabileceği ve bu etkilerin UV ışığı ile aydınlatma sayesinde de manipüle edilebileceği görülmüştür. Bu tez çalışması ile, yaygın olarak kullanılan plastiklerde statik yüklerin ışıkla manipüle edilebileceği literatürde ilk defa göstermiştir. Bulduğumuz sonuçlar, polimer yüzeylerde aşırı yük birikimini önlemeye veya isteğe bağlı olarak statik yük stabilitesini artırmaya yönelik uygulamalara fayda sağlayabilir. Son olarak, sonuçlarımızın, kuantum noktalarının yaygın polimerlerle nanometre ölçeğindeki fiziksel etkileşimlerini aydınlatmada faydalı olduğuna ve gelişmiş elektronik özelliklere sahip yeni kolay erişilebilir malzemeler tasarlamak için kullanılabileceğine inanıyoruz.
Özet (Çeviri)
Contact electrification or static charging occurs when we rub or contact insulator surfaces. This contact leads to the development of electrical charges, and accumulation of these charges may lead to uncontrolled electrostatic discharging (ESD), causing accidents, e.g., powder explosions, and economic losses in the industry. Conversely, contact charges can contribute to many application fields, such as recently developed triboelectric nanogenerators for harvesting mechanical energy. Therefore, it is crucial to control contact charges by knowing the mechanisms of contact electrification in dept. However, despite centuries of research, there are still many debates and unknowns in contact charging of polymers since it has many complex events such as electron, ion and material transfer between the surfaces. In this thesis, we studied the contact electrification of common polymers doped with quantum dots (QDs). Surface engineering of polymers at the nanoscale can open doors for new applications and give insights into contact electrification. In the first part of the thesis, we investigated the mitigation mechanisms of contact charges by doping CdSxSe1−x and CdSxSe1−x/ZnSe QDs into PDMS polymer. We tested the interaction of QDs with the polymer based on the different locations of charge carriers (electrons and holes) via a band-gap engineering approach. In the following sections of the thesis, we studied the contact charge generation in the QD-polymer composites, initially by testing the effect of ligand exchange treatment on QDs by pyridine treatment of QDs capped with oleic acid. Then, ii the effect of different polymer matrices was tested by doping QDs into polyethylene, polystyrene, and polymethyl methacrylate. In the last section of the thesis, nitrogen-doped carbon dots - a more biocompatible and environmentally friendly additive compared to inorganic QDs - were doped into polyvinyl alcohol to study contact charge generation. QDs and QD-doped polymers were characterized by UV-VIS spectroscopy, photoluminescence, time-resolved fluorescence, atomic force microscopy, transmission electron microscopy, and X-ray diffractometry. It was demonstrated that QDs can be used to stabilize or destabilize the contact charges on the surfaces, and this effect can be further manipulated by UV light illumination. This first-time display of the light-tunability of static charges in common polymers might help prevent excessive accumulation of charges on them or enhance the static charge stability on demand. Finally, we believe our results can be beneficial to enlighten the physical interactions of QDs with common polymers at the nanoscale and may be used to design straightforwardly-accessible materials having advanced electronic properties.
Benzer Tezler
- Bioactive agents carrying quantum dot labeled liposomes
Biyoaktif ajanlar taşıyan kuantum noktacık işaretli lipozomlar
ARDA BÜYÜKSUNGUR
Doktora
İngilizce
2013
BiyolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VASIF NEJAT HASIRCI
- Novel light-emitting devices of semiconductor quantum dots and conjugated polymer nanoparticles
Yarı iletken kuantum noktacıkları ve konjüge polimer nanoparçacıkların yenilikçi ışık yayan aygıtları
TALHA ERDEM
Doktora
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Moleküler imprint sol-jel polimer kaplı kuantum noktaların sentezi ve optik sensör uygulaması
Synthesis of quantum dots coated with molecularly imprinted sol-gel polymer for application of optical sensor
TANER ARSLAN
- Chemical vapor deposited reusable fluorescent thin film sensor nanoprobes for the detection of heavy metal ions
Ağır metal ı̇yonlarının tespiti için tekrar kullanılabilir kimyasal buhar biriktirme ile elde edilmiş floresan ı̇nce film sensör nanoprobları
MERVE KARABIYIK
Doktora
İngilizce
2023
Kimya Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGENÇ EBİL
- Kuantum nokta katkılı polimer dağıtılmış sıvı kristal kompozit yapıların elektro-optik ve dielektrik karakterizasyonu
Electro-optical and dielectric characterization of quantum dot doped polymer dispersed liquid crystal composite structures
SERKAN BALCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Fizik ve Fizik MühendisliğiDüzce ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ KÖYSAL