Tez özetleri Astronomi ve Uzay Bilimleri Anabilim Dalı 2

Aerojel Katkılı Polimer Kompozitlerin Hazırlanışı, Karakterizasyonu Ve Dielektrik Özelliklerinin İncelenmesi

Bu çalışmada, öncelikle yüzey modifikasyonu yapılarak ortam basıncında kurutma yöntemi ile hidrofobik silika tabanlı aerojel sentezlenmiştir. Sentezlenen aerojel, farklı yüzdelerde polar yapılı termoplastik poliüretana homojen bir şekilde dağılımı sağlanarak aerojel katkılı poliüretan kompozit filmler hazırlanmıştır. Hazırlanan saf ve aerojel katkılı termoplastik poliüretan (TPU) kompozit filmlerin yapısal, ısıl, yüzey ve morfolojik karakterizasyonları sırasıyla TGA, DSC, SEM-EDS analizleri ve yüzey temas açısı ölçümü ile incelenmiştir. Alpha-A High Resolution Dielectric, Conductivity and Impedance Analyzer sistemi kullanılarak, uygulanan alternatif elektrik alanın sıcaklığına ve frekansına bağlı davranışları, kayıp enerji faktörleri ve kapasiteleri belirlenerek, örneklerin dielektrik özellikleri ve AC iletkenlikleri detaylı şekilde incelenmiştir. Ayrıca, elektrik yalıtım malzemesi olarak kullanılan fabrikasyon yapımı termoset yapılı cam elyaf içeren polyester ve aerojel katkılı cam elyaf içeren polyester kompozitler için belirtilen analizler gerçekleştirilmiştir.

Toz aerojel örneğinin FTIR grafiğinde, silika iskeletine başarılı bir bağlanan hidrofobik metil (CH₃) gruplarının titreşim pikleri görülmüştür. Diğer bir taraftan, poliüretan yapısı için beklenen tüm pikler gözlenmekle birlikte silika tabanlı aerojel yapıdaki siloksan grubuna ait 1000-1100 cm^-1 aralığındaki yeni pikler de kompozit filmin FTIR eğrisinde yer almıştır. Sentezlenen silika aerojel için termogravimetrik analiz (TGA) 30^oC'den 1000^oC’ye kadar gerçekleştirilmiştir. Sonuçlara göre, 200^oC’ye kadar olan ağırlık kaybı su ve etanol varlığına bağlanmıştır. Ayrıca TG analizleri, aerojel katkılı poliüretan kompozit filmlerin ve cam elyaf içeren polyester kompozit ürünlerin ısıl dayanımlarının 300-320^oC’ye kadar olduğunu göstermiştir.

SEM görüntüleri, yüzey modifikasyonu yapılarak gözenekli aerojelin başarılı bir şekilde sentezlendiğini göstermiştir. Ayrıca aerojel katkılı poliüretan filmlerin SEM görüntüleri aerojelin, TPU içerisinde homojen biçimde dağıldığı doğrulamıştır. Hidrofobik özellik gösteren TMCS yardımcı öncü kimyasalı ile hazırlanan silika tabanlı aerojelin temas açısı 106^o olarak belirlenmiştir. Saf poliüretan hidrofilik yapı gösterirken %7 aerojel katkılı kompozit film en yüksek hidrofobik davranışı sergilemiştir. Bu yüzden, poliüretan filme katkılanan aerojel miktarının artması ile aerojel katkılı poliüretan filmlerin hidrofobik özelliği geliştirilmiştir.

Dielektrik ölçümleri incelendiğinde; PU esaslı aerojel içeren kompozit filmlerin düşük frekanslarda kapasite ve dielektrik katsayısı sıcaklığa bağlı artarken, yüksek frekanslara gidildikçe dielektrik katsayısı azalmaktadır. Ayrıca silika aerojel katkılı kompozit filmlerin dielektrik katsayısının, kompozit yapıdaki boşluk ve artan hidrofobik özellik nedeniyle saf PU ürüne göre belirgin oranda düştüğü tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlardan, poliüretanın 1kHz’deki dielektrik katsayısı () 5,1 iken %2 silika aerojel katkılı kompozit ürün için bu değer 3,3’e düşürülmüştür.

Ayrıca elektriksel yalıtım sistemleri için daha düşük dielektrik katsayısına sahip son ürünün geliştirilmesi için aerojel katkısının, elyaf içeren polyester bulk örneğin elektriksel özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bu kapsamda, hazırlanan %3 aerojel katkılı polyester ürünün oda sıcaklığındaki dielektrik sabiti, aerojel katkısız ürün ile karşılaştırılmış ve dielektrik sabitinin %3 oranında aerojel ilavesi ile 5,5’ten 5’e düştüğü saptanmıştır.

Ayrıca, tüm örnekler için AC iletkenlik davranışının bağıntısına uyduğu görülmüştür. “s” katsayısının 0,1-1 arasında değer aldığı ve sıcaklığı bağlı olduğu belirlenmiştir. Buna göre yapıdaki polarizasyon mekanizmasının sıcaklığa bağlı olduğu sonucuna varılmış ve iletkenlik mekanizmasının Correlated Barrier Hopping olduğu bulunmuştur.