Yüksek sıcaklık uygulamaları için şekil hafızalı nanokompozit malzemelerin üretimi ve karakterizasyonu

Abstract

Şekil hafızalı materyaller (polimerler, alaşımlar, seramikler…) dış uyaranlara karşı tepki vererek şekillerini, renklerini veya refraktif indekslerini değiştirmeleriyle bilimsel ve teknolojik alanlarda önemli bir yere sahiptirler. Şekil hafızalı polimerler (SMPs), sahip oldukları orijinal şekillerini hafızalarında koruyarak, geçici şekillerinden sıcaklık, pH, ışık, manyetik alan, elektrik alan, iyonik kuvvet ve kimyasal maddeler gibi bazı çevresel uyaranlar etkisiyle orijinal şekillerine dönebilme kabiliyetine sahip organik malzemelerdir. Bu malzemeler bilimsel ve teknolojik önemlerinin yanı sıra özellikle tıp, mühendislik ve savunma sanayi gibi pek çok alanda yeni ürünlerin üretilmesi amacıyla kullanılmaktadır.Bu tez çalışmasında, matris olarak polivinil alkol (PVA) polimeri, dolgu maddeleri olarak ise Hummers yöntemiyle üretilen grafen oksit (GO) ve hidrotermal yöntemle üretilen çinko oksit (ZnO) nanomalzemeleri kullanılarak yeni tip şekil hafızalı nanokompozit malzemelerin üretimi amaçlanmıştır. Üretilen nanokompozitlerin, şekil hafıza performanslarını iyileştirmek ve geliştirmek için farklı dolgu maddeleri farklı oranlarda kullanılarak nanokompozit malzemeler üretilmiş ve dolgu maddelerinin, nanokompozit malzemelerin şekil hafıza özelliğini, yapısal, termal ve morfolojik özeliklerini nasıl etkilediği yönünde çalışmalar yapılmıştır. Malzemelerin termal karakterizasyonu için diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC), termogravimetrik analiz (TGA) cihazları kullanılmıştır. Fourier dönüşümlü kızıl ötesi spektrometre (FT-IR) cihazı ile üretilen her bir malzemenin spektral analizi yapılmıştır. Malzemelerin kimyasal karakterizasyonu enerji dağılım spektrometresi (EDS) ile yüzey morfolojileri ise taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak incelenmiştir. Ayrıca yapısal karakterizasyonları X-ışını kırınım (XRD) yöntemi ile incelenen malzemelerin şekil hafıza performansları, bükülme testi ile belirlenmiştir.

Shape memory materials (polymers, alloys, ceramics…) have an important place in scientific and technological fields because they can change their shape, color, or refractive index by reacting against external stimuli. SMPs are organic materials that have the ability to return to their original shapes by the effect of some environmental stimuli such as temperature, pH, light, magnetic field, electric field, ionic force, and chemical substances while preserving their original shapes in their memories. In addition to their scientific and technological importance, these materials are used to produce new products in many fields such as medicine, engineering, and the defense industry.In this thesis study, it is aimed to produce new type of shape memory nanocomposite materials using PVA polymer as matrix, GO produced by Hummers method, and ZnO nanomaterial produced by the hydrothermal method as fillers. In order to improve and develop the shape memory performance of the produced nanocomposites, nanocomposite materials were produced by using different fillers in different proportions, and studies were carried out on how fillers affect the shape memory property, structural, thermal, and morphological properties of nanocomposite materials. DSC and TGA devices were used for thermal characterization of the materials. Spectral analysis of each produced material was performed by the FT-IR device. The chemical characterization of the materials was examined using EDS and surface morphology using SEM. Besides, the shape memory performances of the materials whose structural characterizations were examined by the XRD method were determined by the bending test.