Üstün Performanslı Malzeme Dizayn Etmenin Avantajları

Üstün Performanslı Malzeme Dizayn Etmenin Avantajları

Doç. Dr. Murat Ateş / Namık Kemal Üniversitesi, - Fen - Edebiyat Fakültesi, Kimya Bölümü

Üstün Performanslı Malzeme Dizayn Etmenin Teknolojik Kullanımdaki Avantajları

Son yıllarda malzeme ve metalürji alanı içerisinde poli­mer bilimi ve teknolojisi hızla gelişmektedir. 1900’lü yıl­ların başından itibaren polimer alanında temel ilerleme­ler ve gelişmeler sağlanmış; fakat son yıllarda nanobilim ve nanoteknolojinin de hızlı yükselişi sonucu üstün özel­liklere sahip malzeme yapmak ve bunları teknoloji ve sa­nayide kullanılabilir hale getirmek kaçınılmaz olmuştur.

Tek, çift veya çok duvarlı karbon nanotüpler polimerler­le birleşerek elde edilen kompozit malzemelerde çok üs­tün performanslı özellikler sağlayabilmektedirler. Malze­menin elektronik, mekanik ve kimyasal stabilite gibi özel­liklerini geliştirmektedirler [13]. Örneğin pirolün insitu elektropolimerizasyonu ile aktif karbon üzerindeki spesi­fik kapasitans ~354 Fg1 olarak tespit edilmiştir [4]. Al­ternatif akım impedans çalışmaları göstermiştir ki, kapa­sitans değeri düşük frekanslarda artmaktadır. İletken po­limer zincirindeki konjuge çift bağlar konjugasyon zinci­rindeki elektronların serbest hareketini ve elektrikçe ilet­kenlik özelliğine imkân sağlar [5]. İletken polimerler (po­lianilin, polipirol, politiyofen, polikarbazol ve türevle­ri vb.) ve yükseltgenmiş metalik partiküller (Ru, Mn, Co, vb.) karbon malzemelerin üzerine biriktirildiğinde hızlı faradaik pseudokapasitans etkileri içinde kapasitans de­ğerini arttırırlar [6]. Örneğin, ~10 ile ~300 nm uzunlu­ğundaki fulleren tüpler moleküler elektronik cihazlar için bağlantı olarak kullanılabilmektedir [7].

Şekil 1. P(EDOT) ın karbon fiber mikroelektrot üzerine (çapı: ~7 μm) SEM görüntüsü. Polimerleşme döngülü voltametri yön­temiyle 8 döngü ile 0.1 M NaClO4 / CH3CN çözeltisinde (Q= ~72.0 mC), [EDOT]0= 20 mM gerçekleştirilmiştir.

Son yıllarda birçok π-konjuge organik molekül sente­zinden başlayarak polimerizasyonları ve bunların baş­ta kapasitör uygulamaları olmak üzere malzeme özellik­leri araştırılmaktadır. Örneğin, 3,5-Ditiyofen-2-yl ditiye­no [3,2-b:2’, 3’-d] tiyofen (Thy2DTT) ve etilendioksitiyo­fen (EDOT) camsı karbon elektrot üzerine 0.1 M sodyum perklorat / asetonitril / diklorometan (8:2) polimerleştirilmiş ve kopolimerin en düşük frekanslı kapasitans değe­ri CLF= 1.11 mF cm-2 mol kesri XThy2DTT= 0.66 ve 0.83 [8].

Karbazol ve türevlerinin (N-vinilkarbazol, N-etilkarbazol, N-vinilbenzilkarbazol [9], 9-tosil-9H-karbazol [10], N-benzilkarbazol [11], 2,(9H-karbazol-9-yl) etil metakri­lat [12], 5-(3,6-di(tiyofen-2-yl)-9H-karbazol-9-yl) pentan-1-amin [13] karbon fiber mikroelektrot üzerine döngülü voltametri tekniği ile polimerleştirilmiş ve karşılaştırma­lı olarak redoks 

parametreleri ve elektrokimyasal empe­dans spektroskopik sonuçları elde edilmiştir [14]. Ayrıca Karbazol türevlerinden 5-(3,6-Dibromo-9H-karbazol-9-yl)-pentanitril [15] ve 9-(4-Nitrofenilsulfonil)-9H-karbazol [16] maddelerinin XRD yöntemi ile X ışınları kristal ya­pıları belirlenmiştir. 9-tosil-9H-karbazol (TCz) ve pi­rol (Py) karbon fiber mikroelektrot üzerine elektropoli­merleştirilip farklı devre uygulamaları ile R(C(R(Q(RW)))) ve R(C(R(Q(RW))))(CR) CLF= 22.7 mFcm-2 değerleri tes­pit edilmiştir [17]. 9-(2-(benziloksi) etil-9H-karbazol ve 1-tosil-1H-pirol ile kopolimerleştirilmiştir [18]. Politiyo­fenin karbon malzemeler üzerine elektrokimyasal em­pedans spektroskopisi [19] ile iletken polimerler ve uy­gulamaları review çalışmaları [20] yayınlanmıştır. Ayrı­ca, 3-hekziltiyofenin mikro-kapasitör davranışı ve eşde­ğer devre uygulamaları gerçekleştirirlip [21], CLF= 1.394 mFcm-2 olarak [3HTh]0= 0.5 mM olarak 0.1 M tetraetil amonyum tetrafloroborat / asetonitril çözeltisinde R(QR)(CR)(RW))(CR) devre sisteminde elde edilmiştir.

Sonuç olarak karbon bazlı malzemelerle güçlendirilmiş (nanopartikül, nanotüp, fulleren, vb) üstün performanslı malzeme design etmenin teknolojik kullanımdaki avan­tajları malzemenin elektriksel, optik, termal ve mekanik özelliklerini iyileştirme açısından son derece önemlidir.


Referanslar

[1] Tans, S.J.; et al. Nature 386, 474-477,1997.

[2] Wong, E.W..; Sheehan, P.E.; Lieber, C.M. Science, 277, 1971-1975, 1997.

[3] Yakobson, B.I.; Smalley, R.E.; Am. Sci., 85, 324-337,1997.

[4] Muthulakshmi, B.; Kalpana, D.; Pitchumani, S.; Renganathan, N.G. J. Power Sources, 158, 1533-1537, 2006.

[5] Shen, Y.; Wan, M. Synth. Met., 96, 127-132, 1998.

[6] Frackowiak, E.; Beguin, F.; Carbon, 39, 937-950, 2001.

[7] Liu, J.; Rinzler, A.G. Dai, H.; Hafner, J.H.; Bradley, R.K.; Boul, P.J.; Lu, A.; Iverson, T.; Shelimov, K.; Huffman, C.B.; Rodriguez-Macias, F.; Shon, Y.S.; Lee, T.R.; Colbert, D.T.; Smalley, R.E.; Science, 280, 1253-1256, 1998.

[8] Ates, M.; Osken, I.; Ozturk, T.; J. Electrochem. Soc.,159 (6), E115-E121, 2012.

[9] Ates, M.; Uludag, N.; Fibers and Polymers, 11 (3), 331- 337, 2010.

[10] Ates, M.; Uludag, N.; Sarac, A.S.; Fibers and Polymers, 12 (1) 8-14, 2011.

[11] Ates, M; Uludag, N.; Fibers and Polymers, 12 (3),296-302, 2011.

[12] Ates. M.; Uludag, N.; Sarac, A.S.; J. Appl. Polym. Sci., 121, 3475-3482, 2011.

[13] Ates, M.; Uludag, N.; Polymer-Plastics Technology and Engineering, 51, 640-646, 2012.

[14] Ates, M.; Fibers and Polymers, 11 (8), 1094-1100, 2010.

[15] Uludag, N.; Ates, M.; Tercan, B.; Hökelek, T.; Acta Cryst., E67, o642-o642, 2011.

[16] Uludag, N.; Ates, M.; Tercan, B.; Hökelek, T.; Acta Cryst., E67, o1428-o1429, 2011.

[17] Ates, M.; Uludag, N.; Sarac, A.S.; Materials Chemistry and Physics, 127, 120-127, 2011.

[18] Ates, M.; Uludag, N.; Karazehir, T.; J. Solid State Electrochem., 16 (8), 2639-2649, 2012.

[19] Ates, M.; Sarac, A.S.; Polymer-Plastics Technology and Engineering, 50, 1130-1148, 2011.

[20] Ates, M.; Karazehir, T.; Sarac, A.S.; Current Physical Chemistry, 2, 224-240, 2012.

[21] Ates, M.; Karazehir, T.; Polymer-Plastics Technology and Engineering, 51, 1258-1265, 2012.