Characterization and determination of electroactive properties of nanoparticle- reinforced cellulose actuators

Abstract

Bu tezin amacı, selüloz ve kitosan tabanlı aktüatorlerin elektroaktif özelliklerinin belirlenmesidir. Tez üç kısma ayrılmıştır. Tezin birinci kısmında selülozun 1-etil-3-metilimidazolyum dietilfosfat içinde çözünmesi ve farklı oranlarda grafen (yüzde 0,2 0,4 ve 0,6) eklenmesiyle çok katmanlı grafen ile güçlendirilmiş selüloz kompozitler üretildi. Grafen yüklenmesinin selüloz tabanlı filmlerin termal dayanımı, kristolografik özellikleri, kimyasal fonksiyonel grupları, morfolojik ve mekaniksel özellikleri üzerine olan etkisi sırasıyla termogravimetrik analiz, X ışınları kırınım difraktometrisi, Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi, taramalı elektron mikroskobu, ve çekme testi ile belirlendi. Örneklerin elektroaktif davranışları DC voltaj (1, 3, 5 ve 7 volt) altında incelendi. Maksimum yer değiştirme Cel-PO4-Gr0.2 tarafından sergilendi.Tezin ikinci kısmında kitosan tabanlı aktüatorler üretildi. Kitosan N, N'-Metilenbisakrilamid ile serbest radikal polimerizasyonu yoluyla çapraz bağlandı. Çapraz bağlayıcı konsanrasyonunun aktüasyon performansı üzerine olan etkisinin incelenmesi için çapraz bağlayıcı üç farklı konsantrasyonda kullanıldı. Örnekler yukarıda bahsedilen karakterizasyon testleri kullanılarak analiz edildi. Bunun yanısıra, hareket performansları değerlendirildi. Çapraz bağlayıcı miktarının chitosanın elektroaktiflik performansını etkilediği görülmüştür. Tezin üçüncü kısmında farklı oranlarda poli(dialildimetilamonyum klorür) içeren kitosan tabanlı aktüatorler üretildi. Örnekler karakterizasyon testleri ile incelendi. En büyük uç yerdeğiştirme ChiPM-50 ile elde edilmiştir.

The aim of this thesis is to determine the electroactive properties of nanoparticle –reinforced cellulose and chitosan based actuators. The thesis can be divided into three parts. In the first part of the thesis, multilayer graphene-reinforced cellulose composites were synthesized by dissolution of cellulose in 1-ethyl-3-methylimidazolium diethylphosphonate and loading graphene at different ratios (0.2, 0.4, and 0.6 percent). The effect of graphene loading on thermal stability, crystallographic properties, chemical functional groups, morphological and mechanical properties of cellulose based films were investigated by characterization tests such as thermogravimetric analysis, X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, and tensile test, respectively. Electroactive behaviour of samples was investigated under excitation voltages of 1, 3, 5, and 7 voltages. The max tip displacement was exhibited by Cel-PO4-Gr0.2.In the second part of the thesis chitosan based actuators were synthesized. The chitosan was crosslinked with N, N'-Methylenebisacrylamide through free radical polymerization. The crosslinker was used in three different concentrations to determine the effect of crosslinker concentration on actuation performance. The samples were anlyzed using characterization tests mentioned above. Besides, the actuation performance of samples was investigated. It can be noted that crosslinker concentration affected the electroactive properties chitosan actuator. In the third part of the thesis chitosan based actuators including different amounts of poly(diallyldimethylammonium chloride) were sythesized. The samples were examined by characterization tests. The greatest tip displacement values were obtained with ChiPM-50.