T.C. SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ POLİTİYOFEN VE POLİTİYOFEN-KOPOLİMER SİSTEMİNİN ELEKTROREOLOJİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ Osman KARAGÖLLÜ Danışman: Yrd. Doç. Dr. Mustafa YAVUZ YÜKSEK LİSANS TEZİ KİMYA ANABİLİMDALI ISPARTA – 2008
70
Embed
T.C. SÜLEYMAN DEM REL ÜN VERS TES FEN BİLİMLERİ …tez.sdu.edu.tr/Tezler/TF01175.pdfözelliklere sahip bir malzeme üretilmesi hedeflenmektedir. İletken polimer kompozitler günümüzde
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
T.C. SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
POLİTİYOFEN VE POLİTİYOFEN-KOPOLİMER SİSTEMİNİN ELEKTROREOLOJİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ
POLİTİYOFEN VE POLİTİYOFEN-KOPOLİMER SİSTEMİNİN ELEKTROREOLOJİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ
Osman KARAGÖLLÜ
Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Anabilim Dalı
Jüri : Doç. Dr. Fethiye GÖDE Yrd.Doç.Dr.MustafaYAVUZ(Danışman) Yrd. Doç. Dr. Songül ŞEN Elektroreolojik (ER) akışkanlar genellikle yalıtkan yağ içerisinde yüksek polarlanma özelliğine sahip koloidal taneciklerden oluşan süspansiyonlardır. ER akışkanlar elektrik alan uygulandığında katı hale geçebilme, elektrik alan uzaklaştırıldığında ise kısa sürede tekrar sıvı hale geçebilme gibi oldukça önemli reolojik davranış sergilerler. Bu ER davranış, şok absorblayıcı cihazlar, debriyaj sistemleri, hidrolik subablar, robot kolları, gökdelenlerin temelleri ve titreşim sönümleyiciler gibi birçok uygulamalarda kullanışlı olabilir. Bu çalışmada, politiyofen ve polimetiltiyenilmetakrilat serbest radikal polimerizasyon yöntemiyle sentezlendi. Politiyofen ve polimetiltiyenilmetakrilatın karakterizasyonu FT-IR, SEM, TGA ve iletkenlik analizleri ile yapıldı. Politiyofen ve polimetiltiyenilmetakrilat kopolimerinin yalıtkan silikon yağı içerisinde çeşitli derişimlerde süspansiyonları hazırlandı. Hazırlanan süspansiyonların ER aktiviteleri incelendi. ER aktivite üzerine derişim, kayma hızı, elektrik alan kuvveti, viskozite, frekans ve kayma geriliminin etkileri araştırıldı. Sonuç olarak, yarı iletken özellik gösteren politiyofen ve polimetiltiyenilmetakrilat sentezlendi. Sentezlenen bu maddelerden politiyofenin yüksek, kopolimerin düşük ER aktivite gösterdiği belirlendi. Anahtar Kelimeler:Elektroreolojik Akışkan, Politiyofen, Poli(metiltiyenilmetakrilat) 2008, 59 sayfa
iv
ABSTRACT
M.Sc. Thesis
INVESTIGATION OF ELECTRORHEOLOGICAL PROPERTIES OF POLYTHIOPHENE AND POLYTHIOPHENE-COPOLYMER SYSTEM
Osman KARAGÖLLÜ
Süleyman Demirel University Graduate School of Applied and Natural Sciences Chemistry Department
Thesis Committee: Assoc.Prof. Dr. Fethiye GÖDE Asst. Prof. Dr. Mustafa YAVUZ(Supervisor) Asst. Prof. Dr. Songül ŞEN Electrorheological (ER) fluids generally consist of highly polarizable colloidal particles suspended in insulating oil. ER fluids, display remarkable rheological behaviour, being able to convert rapidly and repeatedly from a fluid to a solid when an electric fields is applied or removed. This ER behaviour can be useful in numerous enginering applications such as shock absorbers, clutches, hydraulic valves, arms of robot, foundations of skyscrapers and dampers. In this study, polythiophene and poly(methylthienyl methacrylate) were synthesised by free radicalic polymerisation. Polythiophene and polymethylthienyl methacrylate were characterised by FT-IR, SEM, TGA and conductive measurements.Suspensions of Polythiophene and poly(methylthienyl methacrylate) were prepared in insulating silicone oil. The effects of concentration, shear rate, electric field force, viscosity, frequency and shear stress onto ER activities of suspensions were investigated. As a result, synthesised polythiophene and polymethylthienylmethacrylate. Polythiophene suspensions were shown electrorheological activity but kopolymer were shown low electrorheological activity. Key Words :Electrorheological Fluıds, Polythiophene, Poly(methyl thienylmethacrylate) 2008, 59 pages
v
TEŞEKKÜR
Bu çalışmada; politiyofen ve polimetiltiyenilmetakrilat kopolimeri
sentezlendi.Sentezlenen maddeler karakterize edildi ve ER davranışları incelendi.
Laboratuar sentez çalışmaları S.D.Ü. Fen Edebiyat Fakültesi Kimya Laboratuarı’nda
gerçekleştirildi. ER analizleri Gazi Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Kimya
Bölümü Elektroreoloji Laboratuarı’nda yapıldı.
Çalışmam süresince yardım ve katkılarını esirgemeyen danışman hocam sayın Yrd.
Doç. Dr. Mustafa YAVUZ’a, sentez çalışmaları ve laboratuarla ilgili katkılarından
dolayı hocam sayın Doç. Dr. Ayşegül UYGUN’a, FT-IR ölçümleri için öğretim
görevlisi Bülent DEDE’ye , laboratuar çalışmalarındaki desteği için Arş. Gör. Ayşe
Gül YAVUZ’a, SEM ölçümleri için Prof. Dr. Zekiye Suludere’ye, ER analizleri
için sayın Doç. Dr. Haşim YILMAZ’a ve sayın Prof. Dr. Halil İbrahim ÜNAL’a
teşekkür ederim.
1251-M-06 No`lu Proje ile tezimi maddi olarak destekleyen Süleyman Demirel
Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Yönetim Birimi Başkanlığı’na teşekkür
ederim.
Ayrıca, dersleriyle yetişmeme katkı sağlayan, bu çalışmada yardımcı olan
hocalarımıza, desteğini her zaman yanımda hissettiğim aileme teşekkürlerimi
zamanda yük taşıyıcı türlerin sayısı (ni), her bir taşıyıcının üzerindeki yük (εi) ve
taşıyıcının mobilitesi (µi) ile de doğru orantılıdır.
Çizelge 2.1. Doping yapılmış bazı konjuge polimerlerin yapıları ve iletkenlikleri
Polimer
Yapısı Doping Yöntemi İletkenliği (S cm-1)
Poliasetilen
Poli (p-fenilen)
Poli (p-fenilen sülfür)
Polipirol
Politiyofen
Poli(fenil-kinolin)
n
n
S
n
NH
n
Sn
N
C 6H5
n
Kimyasal
Elektrokimyasal
(AsF5, I2, Li, K)
Kimyasal
(AsF5, Li, K)
Kimyasal (AsF5)
Elektrokimyasal
Elektrokimyasal
Elektrokimyasal
Kimyasal
(Sodyum naftalür)
500-1,5x105
500
1
600
100
50
7
2.2. Reoloji
Reoloji, Yunanca akış anlamına gelen “rheo” kelimesinden türemiş bir sözcüktür.
Tanım olarak; her türlü malzemenin akış davranışının incelendiği bilim dalı olmasına
rağmen reoloji araştırmacıları tarafından yalnızca katı ve sıvı malzemelerin akış
davranışlarının incelenmesi ile sınırlandırılmıştır. Su, yağ gibi sıvılar bilinen akış
özellikleri sergiledikleri halde, mayonez, bal, oyun hamuru, diş macunu gibi
malzemeler daha karmaşık ve alışılmadık akış davranışı gösterirler. Reoloji bu
karmaşık malzemelerin akış davranışları üzerine eğilen bilim dalıdır.
2. 3. Elektroreoloji Olayı
Elektroreoloji, elektrik alana maruz kalan bir akışkanın, akış özelliklerinde meydana
gelen değişimlerin incelendiği bilim dalıdır.
Tarihte elektroreoloji olayının ilk adımı 1896 da Alexander Wilmer Duff tarafından
atılmıştır. Duff, gliserin, kunduz yağı ve ağır parafin üzerinden elektrik alan
geçirerek viskozitelerindeki küçük değişimi gözlemlemiştir(Makela, 1999). Yine 19.
yüzyılda Priestley ve Wincler, nötral parçacıkların dielektrik duyarlılıktaki
süspansiyon ortamından elektrik geçirilmesiyle birbirine bitişik inci tanecikleri gibi
sıralandığını keşfetmişlerdir (Makela, 1999). Ancak elektroreolojik ve
magnetoreolojik parçacıklarla aktif olarak çalışılmaya başlanması, 1940’larda Willis
M.Winslow tarafından gerçekleştirildi. Winslow’ un 1940’larda aldığı üç patentten
(Makela, 1962) ilki 1947’de ER akışkanın tork şanzımanında uygulanmasıyla ilgili
olarak verildi. Daha sonra araştırma sonuçlarını yayınlamasıyla elektroreoloji bilimi
doğmuş oldu ve onu keşfeden bilim adamının ismini alarak “Winslow Etkisi” olarak
anıldı (Winslow, 1947).
ER, elektrik alanın sıvı dispersiyonlar üzerine olan etkisiyle ilgilenir. Bu etki ya
sıvının akmaya karşı gösterdiği direnç ya da sıvının katıya dönüşümü şeklinde
kendini gösterir. Bu olayı etkileyen en önemli faktörler elektrik alan kuvvetinin
8
büyüklüğü, alan frekansı, kayma hızı, kayma gerilimi, sıcaklık, tanecik boyutu,
süspansiyon derişimi (veya tanecik hacim kesri) ve promoter olarak rapor edilmiştir
(Winslow, 1947).
2.4. Elektroreolojik Akışkanların Reolojisi
Bir akışkanın elektroreolojik yanıt vermesinin sebebi, sürekli faza uygulanan sabit
elektrik alanla birlikte dağılmış parçacıkların polarize olmasıdır. Elektrik alan
uygulanmasıyla komşu parçacıklar birbirini çekmekte, elektrotlara dik, lif yapıları
oluşmaktadır. Oluşan bu yapılar, süspansiyonun reolojisinde ilginç değişiklikler
meydana getirir. Süspansiyonun viskozitesinde büyük artışlar ortaya koyar. Yani
süspansiyonların reolojik özellikleri; parçacıklardan lif yapıları oluşturan elektrik
kuvvetleri ile bu yapıları deforme edip bozma eğilimindeki akış kuvvetleri arasındaki
dengeye bağlıdır. Bir ER akışkanın reolojik özellikleri, elektrik alan uygulandığında,
Newtonian’ dan Bingham türü akışa geçiş sergiler (Plockharski vd., 1997).
2.5. Elektroreolojik Akışkanlar
Elektroreolojik akışkanların oluşturulması basit bir işlemdir. Yalıtkan bir sıvı içinde
dağıtılmış mikrometre boyutunda parçacıklardan meydana gelirler. Taşıyıcı sıvı ve
tanecik haricinde surfaktantlar veya aktive edici maddeler de kullanılabilir. Bir ER
akışkanda hem taşıyıcı sıvı hem de tanecikler kutuplanabilir özellikte olabilir. ER
akışkan oluşturulurken kullanım amacına uygun doğrultuda bileşenler seçilmelidir.
ER akışkanda kullanılan taşıyıcı sıvı ile tanecikler arasındaki dielektriksel uyum, ER
etkiye artış sağlar. Polimerler elektriksel özelliklerinin modifiye edilebilirliklerine
bağlı olarak ER malzemelerin önemli bir sınıfını oluştururlar. ER malzemelerin
elektrik alan kuvvetinin etkisiyle viskozitelerinde birkaç milisaniyede gösterdikleri
artış, titreşimin kontrol edilebilmesi ve enerjinin aktarılabilmesi için eşsiz bir
mekanizma sergiler. Yarı iletkenlerden daha düşük iletkenlik değerlerine sahip
tanecik içeren süspansiyonların ER aktivitesi, genellikle hidrofilik katkılara bağlıdır.
9
Bu hidrofilik etki, tanecik yüzeyini aktive ederek taneciklerin kutuplanmasına sebep
olur. Hem organik hem de inorganik tanecikler için aktive edici olarak en çok su
kullanılır. Katkı maddesi olarak surfaktantlar ve diğer polar sıvılar da önerilir
(Lee vd., 1998).
Elektroreolojik akışkanların elektrik alan kuvvetinin etkisiyle katılaşması şöyle
açıklanır; süspansiyonlara uygulanan elektrik alan kuvvetinin etkisiyle hemen hemen
tüm tanecikler, zıt yüklü kutuplarının yan yana dizildiği bir yapı oluşturur. Bu zıt
kutuplar arasındaki çekim kuvveti parçacıkları birbirine yapıştırır. Birbirini izleyen
parçacıklar tıpkı ipe dizilen zincirler gibi uç uca eklenerek sıralanır. ER bir akışkan
içerisinde parçacıklar tarafından oluşturulan zincirler akışkan kabının bir ucundan
diğer ucuna doğru hızla büyür. ER etki bu zincirlerden meydana gelen kayma
geriliminden kaynaklanır.
Süspansiyonun kayma gerilimi büyük ölçüde tanecik derişimlerine bağlıdır. Akışkan
içindeki tanecik derişimi ne kadar fazla ise, akışkanın kayma gerilimi o kadar
fazladır.
İdeal bir ER akışkanın şu özelliklere sahip olduğu varsayılır (Makela, 1999):
• Tanecikler küresel ve eşit tanecik boyutlarındadır.
• ER akışkanlar için elektrostatik etkileşim baskın etkileşimdir. Diğerleri ihmal
edilir.
• Her bir tanecik dizisindeki kutuplaşma özdeştir.
• Mükemmel ve doğru şeklindeki tanecik zincirleri, elektrot boşluğu boyunca
düzgün olarak yayılır.
• Dizi kaydırıldığında statik (durgun) ya da yarı statik durumların oluşum oranı
düşüktür.
• Kayma boyunca bütün taneciklerin ayrılması özdeştir.
10
2. 6. Elektroreolojik Akışkanlarda Yapı Oluşumu
Winslow ve ardından diğer araştırmacılar (Kikuchi vd., 1973) yaptıkları deneylerde
ER akışların içerisindeki taneciklerin elektrik alan (E), uygulandığında lif yapısı
oluşturduklarını gözlemişlerdir. Bu liflerin statik akma verimini (τ0), elektrik alana
ilişkilendiren mekanik bağlantılar sağladığı varsayıldığından ER olayında bunlar çok
önemli kabul edilmiştir. Bununla birlikte elektrotlar kutuplaşıp ER akışkan akmaz
iken elektrotlar arasında sağlanan uzaysal bağlantı, aşırı kayma gerilimini, ∆τ (τE≠ 0-τ
E=0), kendi başına açıklamaya yetmez. Bu akış esnasında hiçbir etkileşim veya
assosiasyon olmadığı anlamına gelmez, aksine bu tür yapıların akış esnasında
elektrotlar arası boşluğu nasıl doldurabildiklerini anlamak zordur. Lif oluşumunun
mikroskobik gözlemleri, elektrot takılmış olan çok dar mesafeli mikroskop
yarıklarında ve seyreltik akışkanlarda yapılmıştır. En gerçekçi durumlarda akışın
olduğu hücredeki elektrotlar arası mesafe 1 mm dir ve bu tür assosiasyon olaylarının
doğrudan gözlenebilmeleri, ER akışkanlar optik ölçümler için oldukça bulanık
olduklarından zordur.
ER akışkanların durgun olduğu durumlarda, diğer elektrik sistemlerinde ve onların
magnetik analoglarında olduğu gibi, akışkan içerisindeki taneciklerin elektrik alan
etkisiyle Şekil 2.2’ de görüldüğü gibi polarlanıp zincir oluşturarak assosiasyona
uğramaları beklenilmektedir.
(a) (b)
Şekil 2.2. Silikon yağı içerisinde dağılmış PT taneciklerine elektrik alan uygulandığında oluşan değişikliklerin şematik gösterilişi. (a) Elektrik alan uygulanmadan önce (b) Elektrik alan uygulandığında ER taneciklerin durumu
11
Bu durumun ER olayında ne derece önemli olduğu ise hala çözüm bekleyen bir
konudur. Kullanışlı ER etkiler gösterebilen sistemlerin karakterizasyonunda birtakım
güçlükler gözlenir. Öncelikle ER etki çözücü ve tanecikler arasındaki büyük
dielektrik farkı ile yakından ilgilidir. Dış elektrik alan etkisi altında bu fark
süspansiyon içerisinde homojen olmayan elektrik alanlar meydana getirir. Bu da ER
akışkanı zincir şeklinde assosiye olmuş veya lif şeklini almış yapılara götürür. ER
aktivitesi gösteren süspansiyonların viskoziteleri elektrik alanın artışına bağlı olarak
artar. Bunun nedeni süspansiyon içerisindeki elektriksel olarak uyarılmış tanecikler
arasındaki etkileşimler ve hidrodinamik kuvvetlerdir.
2. 7. Süspansiyon Ortamının Özellikleri
ER akışkanlarda süspansiyon ortamının düşük iletkenliğe sahip olması
gerekir.Süspansiyon ortamı olarak silikon yağı, yemek yağı, gaz yağı, mineral yağı,
ve halojenlenmiş hidrokarbonlar olmak üzere pek çok sıvılar kullanılmıştır.Bu düşük
polariteli sıvıların bağıl dielektrik sabitleri 2-15 ve iletkenlikleri de 10-7-10-12 ohm-1
m-1’ dir. ER davranış sergileyen organik tanecikler ise un, mikro kristal yapıdaki
selüloz iyon değiştirici reçineler ve sabunlardır. Uygulanan elektrik alanına büyük
tepki gösterebilmek ve büyük miktarda ER etkisi oluşturabilmek için organik
taneciklerin oluşturduğu süspansiyonların pek çoğu süspansiyon ortamında küçük
miktarlarda ( ppm mertebesinde ) suyun varlığına ihtiyaç duyarlar. Bununla birlikte,
suyun varlığı süspansiyon ortamının iletkenliğini artırır ve ER sıvıların uygulama
alanlarında güçlükler doğurur. Silisyum, titan ve diğer metal oksitler literatürde ER
tanecikler olarak belirtilmişler. Suyun yine bu taneciklerin elektrik alan
uygulandığında gösterdikleri ER tepkilerinde önemli bir rol oynadığı bilinmektedir.
Son zamanlarda Block ve Kelly, metal yük-transferi komplekslerinin (örneğin bakır
ftalosiyanin) ve elektriksel olarak iletken polimerlerin (polianilin ve polipirol) su
ilavesi olmadan ER etkiler gösterdiğini iddia etmişlerdir.
Ayrıca aluminasilikat, poli(acene-kinonlar) ve polipiridin tuzlarının da kuru ER
tanecikler olarak kullanılabilecekleri bilinmektedir (Block ve Kelly, 1988).
12
2. 8. ER Tanecik Özellikleri
ER süspansiyonlar içerisinde bulunan tanecikler genellikle küresel bir yapıdadırlar ve
büyüklükleri de submikronlardan mikronlara kadar değişebilmektedir. Tanecik
büyüklüğü dağılımı çok geniş veya çok dar olabilmektedir. Literatürde genellikle 100
mikrona kadar olması istenir.Çeşitli tanecik büyüklüğü aralığını kapsayan çok iyi
karakterize edilmiş model sistemlerin olmayışı nedeniyle tanecik büyüklüğü
dağılımının ER tepkiye etkisi üzerine ayrıntılı çalışmalar henüz yapılamamıştır.
Küresel olmayan tanecikler de ER aktivite göstermektedir. Fakat bunlar çok az
sayıdaki çalışmalara konu olmuştur.
Elektroreolojik davranış gösteren süspansiyonlar polar olmayan sıvılar içerisinde
%5-50 hacim fraksiyonlarında polar olan katı tanecikleri içerebilir. Kural olarak
tanecik hacim fraksiyonu arttıkça kuvvet transfer kapasiteleri artar. Bununla birlikte
yüksek hacim fraksiyonlarında çözeltinin doygunluğa eriştiği gözlenmiştir.Düşük
elektrik alan kuvvetlerinde, süspansiyonların dielektrik sabitleri ve iletkenlikleri
hacim fraksiyonlarına ve mevcut suyun miktarına bağlıdır. Elektrik alan yokluğunda
süspansiyonun viskozitesi genellikle poise-santipoise aralığındadır ve bütün koloidal
süspansiyonlarda olduğu gibi bu özellik süspansiyonun hacim fraksiyonuna ve
tanecik assosiyasyon derecesine bağlıdır. Elektrik alanın sıfır olduğu durumda
süspansiyondan büyük bir elektroreolojik karşılık alabilmek için derişimin çok
yüksek olmadığı kararlı süspansiyona ihtiyaç vardır. Elekroreolojik akışkan
hazırlamadaki güçlüklerden birisi de uzun süre ve çeşitli çevre şartlarında koloidal
kararlılığın muhafaza edilememesidir.
Kullanışlı ER etkiler gösterebilen sistemlerin karakterizasyonunda bir takım
güçlükler gözlenir. Öncelikle, ER etki çözücü ve tanecikler arasındaki büyük
dielektrik farkı ile yakından ilgilidir. Dış elektrik alanların etkisi altındaki bu fark
süspansiyon içerisinde homojen olmayan elektrik alanları meydana getirir bu da ER
akışkanı zincir şeklinde assosiye olmuş veya lif şeklini almış yapılara götürür.ER
aktivite gösteren süspansiyonların viskoziteleri elektrik alanındaki artışa bağlı olarak
artar.Bunun nedeni süspansiyon içerisindeki elektriksel olarak uyarılmış tanecikler
arasındaki etkileşimler ve hidrodinamik kuvvetlerdir.
13
Elektroreolojk akışkanların kimya, fizik, elektronik, optik, materyal bilimi ve
biyomedikal alanlarında çok önemli uygulama alanları vardır (Xia ve Wang, 2003 ).
Bu konudaki patent literatür bir süre daha araştırma ve hesaplamalar yapıldıktan
sonra yukarıdaki alanlarda ER akışkanlara ilginin daha da artacağını göstermektedir.
Bu alandaki sınırlayıcı ana faktör hala bir bütün olarak çok iyi performans
gösterebilecek ER akışkanların sentezlenememiş olmasıdır. Bazı uygulama
alanlarında özellikle düşük sıfır alan viskozitesi (elektrik alan uygulanmadığı andaki
akışkanın viskozitesi) olan ve yüksek verim gösteren sıvılara ihtiyaç vardır. Bu
akışkanlarda aranan bir başka özellik de çökelme oluşturmaya karşı koloidal
kararlılık gösterebilmeleri, artık bırakmamaları ve yüksek sıcaklıklarda uzun süre
vi-Viskozitenin Kayma Hızı ile Değişimi Şekil 4.14. Viskozitenin kayma hızı ile değişimi (c = % 15(PT), %5(PMTM), T = 25oC)
Şekil 4.14’te görüldüğü gibi viskozite, kayma hızı artışı ile azalmaktadır. Block ve
Kelly SO içerisinde hazırladıkları süspansiyonlarda silika ve kalsiyum titanat ile
yaptıkları deneylerde, silika süspansiyonların elektrik alan yokluğunda Newtonian
davranış sergilediğini, kalsiyum titanat süspansiyonların ise dilatant davranış
sergilediğini belirtmişlerdir (Block vd., 1988). Tanaka ise polianilinin ve
magnezyum hidroksitin SO ortamında hazırlanan süspansiyonları ile yaptıkları
çalışmalarda, hem elektrik alan yokluğunda hem de elektrik alan varlığında
süspansiyonların kayma incelmesi gösterdiğini belirtmiştir (Ünal vd., 2002). Aynı
şekilde sıvı kristal polisiloksan/SO sisteminin E = 0kV/mm ve E ≠ 0kV/mm
şartlarında da kayma incelmesi türünden reolojik bir davranış gösterdiği Otsubo
tarafından rapor edilmiştir (Otsubo vd., 1999). Ayrıca Ünal ve arkadaşları tarafından
poli(2-akrilamido–1–metilpropanesülfonik asit)/SO sistemi ile yapılan çalışmada
viskozitenin elektrik alan kuvvetinin artmasıyla arttığı, kayma hızı artışı ile de
azaldığı rapor edilmiştir (Ünal vd., 2002).
Kayma hızı arttığı zaman viskoz kuvvetlerde artar ve bu artışa paralel olarak
süspansiyonun yapısal iskeletinde meydana gelebilecek bozunma da artabilir. Bu
nedenle elektrik alan neticesinde oluşmuş olan süspansiyonun yapısı daha kolay
bozulur ve viskozite artışı daha az olur.
50
0
10
20
30
40
50
0 5 10 15 20
Kayma hızı (1/s)
Visk
ozite
(Pas
) PT(E=0)
PT(E=1)
PMTM(E=0)
PMTM(E=1)
vii- Elastik Modülün Frekans ile Değişimi Şekil 4.15. Elastik modülün frekans ile değişimi (c = (PT)%15, (PMTM)%5 g = 1 s-1, T = 25oC, E = 0,5 kV/mm) Numunelerin viskoelastik özelliklerini belirlemek üzere sabit kayma gerilimi,
sıcaklık ve derişimde numuneler üzerine 0-100 Hz arasında frekans uygulandı, elde
edilen sonuçlar Şekil 4.15’da gösterildi. Şekilde görüldüğü gibi yaklaşık 20 Hz
değerine kadar artan frekans ile PT’nin viskoelastikliği az da olsa artmış ve titreşim
sönümleme görevlerini yapmıştır. PMTM’de ise yaklaşık 30 Hz değerine kadar artış
gözlenmiş daha sonra her iki polimerde de 60-70 Hz’ten itibaren (lineer viskoelastik
bölgede) daha fazla artış gözlenmektedir. Benzer davranışlar literatürde de rapor
edilmiştir (Gerçek vd., 2007).
51
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
0 20 40 60 80 100
Frekans (Hz)
G' (
Pa)
PT
PMTM
5.SONUÇ
Bu çalışmada Politiyofen ve PMTM polimerleri kimyasal yöntemle sentezlendi.
FTIR analizleri sonucunda polimerleşme oluşumunu destekleyen bantlar gözlendi.
Dinamik ışık saçılımı cihazı yardımıyla, polimerlerin ortalama tanecik çaplarının
PMTM: 14,53 µm, PT: 24,10 µm olduğu tespit edildi.
Sentezlenen polimerlerin iletkenlikleri dört nokta tekniği ile ölçüldü. Oda
değerlerinde hesaplandı. Ölçümlerde polimerlerin ER uygulamalar için uygun
iletkenlik değerlerinde oldukları görüldü.
TGA analizleri sonucunda polimerlerin bozunma sıcaklıkları incelendi. PT’nin
termal kararlılığının PMTM’den yüksek olduğu tespit edildi.
Polimerlerin taramalı elektron mikroskobu ile sık istiflenmiş tanecikli ve gözenekli
bir yapıda oldukları gözlendi.
Koloidal kararlılığa, derişimin etkisi incelendi. Kütlece derişimi fazla olan
süspansiyonların daha hızlı, derişimi az olanların ise daha yavaş çöktükleri gözlendi.
PT’nin kolloidal kararlılığının daha yüksek olduğu belirlendi.
Elektroreometre ile yapılan çalışmalarda, süspansiyonun derişimi arttıkça ER
verimin arttığı ve %15’lik derişimin üzerine çıkıldığın da ise kısmi azalma görüldü.
ER aktivite için optimum süspansiyon derişimi %15 (m/m) olarak bulundu.
Elektrik alan varlığındaki viskozite değerinin, elektrik alanın olmadığı duruma göre
daha yüksek gözlendi.
Süspansiyon viskozitesinin kayma hızının artmasıyla azaldığı ve kayma incelmesi
türünden viskoelastik davranış gösterdiği tespit edildi.
52
Farklı derişimdeki süspansiyonların; E=0–3 kV/mm elektrik alan aralığında ve γ& =
0,2 s–1 kayma hızında elde edilen kayma gerilimi–derişim grafiğinden alınan
sonuçlarla, derişim ve elektrik alan kuvveti artışına paralel olarak kayma geriliminde
artış gözlendiği tespit edildi.
Viskozite üzerine elektrik alan kuvveti etkisi incelendiğinde elektrik alan kuvvetinin
artışı ile viskozite değerinin arttığı belirlendi.
ER aktivitenin elektrik alan kuvvetindeki artışa paralel olarak artış gösterdiği ve ER
aktivitenin yükseldiği tespit edildi.
Kayma hızındaki artış, hem elektrik alan varlığında hemde elektrik alan yokluğunda
kayma geriliminin artışına neden olmuştur. E=0’da süspansiyon Newtonian ( Newton
yasasına uygun) davranış sergilemiştir. E=1 kV/mm’de ise γ=0’da kayma gerilimi
göstermektedir ve Bingham türü davranış sergilemektedir.
Süspansiyonların 25-80oC aralığında, sabit kayma hızında (γ& = 0,2 s–1) yapılan
ölçümlerde sıcaklık artışı ile kayma gerilimi değerlerinin azaldığı gözlenmiştir.
Frekans artışı ile elastiklik modülü değerlerinde ise lineer bir artış olduğu gözlendi.
Elde edilen sonuçlardan yola çıkılarak incelenen PT ve PMTM polimerlerinden PT’nin elektroreolojik materyal olarak daha üstün özellikte olduğu belirlendi.
53
6. KAYNAKLAR Ballav, N., Biswas, M., 2003. Preparation and evaluation of a nanocomposite of
polythiophene with Al2O3. Polym. Int., 52, 179-184. Block, H., Kelly, J.P., 1998. Electro-rheology. J. Phys. D:Appl. Phys, 21(12), 1661–
Karakterizasyonu Ve Elektroreolojik Özelliklerinin İncelenmesi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek lisans tezi, 97 s, Ankara.
Gao, Z.W., Zhao, X.P., 2005. Guest-controlling effects on ER behaviors of β-
cyclodextrin polymer. Journal of Colloid and Interface Science, 289, 56-62 . Gehin, C., Persello, J., Charraut, D., Cabace, B., 2004. Electrorheological properties
and microstructure of silica suspensions. Journal of Colloid and Interface Science, 273, 658-667 .
54
Gerçek, B., Yavuz, M., Yilmaz, H., Sari B., Unal, H. I., 2007. Comparison of electrorheological properties of some polyaniline derivatives. Colloids and Surfaces, 299, 124–132.
Gutierrez, M. H., Ford, W. T., Herbert A. P., 1984. A Warning About Structues of
Thiophene Polymers. J. Polym. Sci: Polym. Chem. Ed., 22, 3789-3794. Hao, T., Kawai, A., 1998. Mechanism of the Electrorheological Effect: Evidence
from the conductive, Dielectric and Surface Choacteristics of Water-free Electrorheological fluids. Langmuir , 14, 1256-1262 .
Hao, T., 2002. Electrorheological suspensions. Advances in Colloid and İnterface
Science, 97, 1–35. Kikuchi, Y., Fukunda, H., 1973. Polymerization of Indene. Journal of Polymer
Properties of Polyphenilene Suspensions. Synthetic Metals, 88, 139-145. Ruiz, J., Nayak, K., Marynick, D. S., Reynolds, J. R., 1989. Soluble Ethylmercapto-
Wang J., 1997. IR Spectroelectrochemical Investigations of Solvent Roles in
Deactivation of Poly(3-methylthiophene) Films. Electrochimica Acta, 42, 2545-2554 .
Winslow, W.. M., 1953. Field Controlled Hydraulic Device. U.S. Pat. n:o 2661596. Xu, Y., Qu, W.L., Ko, J.M., 2000. Seismic response control of frame structure susing
Yang, J., Ferreira, J.M.F., Weng, W. And Tang, Y., 1997. Sol- Gel Preparation and
Electrorheological Activity of SiO2-TiO2 Composite Powders. Journal of Colloid and Interface Science, 195, 59-65 .
Yavuz, M., Ünal, H. İ., 2004. Synthesis, Characterization, and Partial Hdrolysis of
Polyisoprene-co-Poly(tert-butyl methacrylate) and Elevtrorheological Properties of Its Suspensions. Journal of Applied Polymer Science, 91, 1822-1833.
Yeh, J.Y., Chen, L.W. and Wang, C.C., 2004. Dynamic stability of a sandwich beam
with a constrained layer and electrorheological fluid core. Composite Structures, 64, 47-54.
57
Yılmaz, H., Ünal, H. İ., Yavuz, M., 2005. An İnvestigation of Electrorheologycal Properties of Calcium Carbonate Suspensions in Silicone Oil. Colloid Journal, 67 -2, 268-273.
Controlled Synthesis of Block Copolymers Containing Side Chain Thiophene Units and Their Use in Electrocopolymerization with Thiophene and Pyrrole. Journal of macromolecular scıence Part A—Pure and Applied ChemistryVol. A41, No. 4, pp. 401–418.
Yılmaz, H., Değirmenci, M. and Ünal, H.İ., 2006. Electrorheological properties of
PMMA-b-PSt copolymer suspensions. Journal of Colloid and Interface Science, 293, 489-495 .
58
ÖZGEÇMİŞ
Adı Soyadı : Osman KARAGÖLLÜ
Doğum Yeri ve Yılı: Yukarı Gökdere-1970 Medeni Hali : Evli Yabancı Dili : İngilizce-Almanca Eğitim Durumu (Kurum ve Yıl) Lise : Fatih Vatan Lisesi-1987 Lisans : Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Kimya Öğretmenliği-1994 Çalıştığı Kurum/Kurumlar ve Yıl: Kırşehir Özel Serhat Dershanesi-1994-1998