İletken polimer ve grafen oksitle fonksiyonelleştirilmiş nanolif tabanlı piezoelektrik nanojeneratörler

Bu tez çalışması kapsamında, kendi enerjisini üreten sistemler ve sensör teknolojilerinde kullanılabilecek, indirgenmiş grafen oksit (rGO), polianilin (PANI) ve polianilin ile fonksiyonelleştirilmiş indirgenmiş grafen oksit (rPANIGO) içeren polivinildenflorür (PVDF) piezoelektrik nanojeneratörler geliştirilmiştir. Çalışmanın birinci bölümünde, iletken malzemeler, piezoelektrik nanolifli malzeme içerisine katkılandırılmıştır. İkinci bölümde ise, iletken malzemeler nanolifli malzeme üzerine püskürtme yoluyla kaplanmıştır. Üretilen bu malzemelerin öncelikle piezoelektrik performansları ölçülmüştür. Ayrıca, numuneler üzerinde Fourier Transfer-İnfrared Spektrofotometrik (FT-IR), taramalı elektron mikroskobu (SEM), termogravimetrik analiz (TGA), mekanik test, temas açısı testi ve UV-görünür bölge (UV-VIS) spektrofotometrik analizler gerçekleştirilmiştir. Piezoelektrik nanojeneratörde, esnek elektrot elde edilebilmesi için; indirgenmiş grafen oksit, geliştirilmiş Hummers metodu ile grafitten yola çıkılarak ve laboratuvar koşullarında sentezlenmiş; yerinde polimerizasyon yöntemiyle, anilin polimerize edilerek polianilin üretilmiş ve aynı metot ile anilin, grafen oksit varlığında sentezlenip indirgenerek hibrit organik iletken malzeme üretilmiştir. Bu malzemeler ayrı ayrı etil alkol içerisinde dispers edilmiş ve dispersiyonun konsantrasyonu belirlenmiştir. Piezoelektrik katman olarak, elektroüretim cihazında, PVDF nanolifli yapı, üretilmiş, iletken malzemeler, belirlenen miktarlarda nanolif içerisine entegre edilmiş veya nanolif yüzeyine püskürtülmüşlerdir. Numunelerin kurutulmasının ardından ise elektrik alanda polarlanmışlar ve piezoelektrik ölçümler gerçekleştirilmiştir. Üretilen nanolifli yapılarda, FT-IR analizi yardımı ile β ve γ kristalin faz tayin edilmiştir. Toz haldeki PVDF'de β ve γ kristalin faz pikleri gözlenmezken elektroüretim aşamasında polimerin piezoelektrik β ve γ kristalin faza geçtiği tespit edilmiştir. Ayrıca kaplama veya katkılama işlemlerinin FT-IR spektrumlarını etkilediği, fakat aslında kristalin fazlar arası geçişte rol oynamadığı saptanmıştır. Ölçümler sonucunda, kaplamalı nanojeneratörlerin kaplama kalınlığı arttıkça, çıkış voltajının düştüğü, katkılı numunelerde ise katkı miktarı arttıkça çıkış voltajının yükseldiği saptanmıştır. Bunun yanı sıra, kaplama metodunun katkılama metoduna göre sinyal yoğunluğu bakımından yetersiz kaldığı belirlenmiştir. Fakat katkılama ve kaplama işlemlerinin her ikisinin de katkısız PVDF nanolif ile oluşturulan nanojeneratörden daha yüksek çıkış voltajı verdiği gözlenmiştir. Hibrit malzeme ile kaplı nanoliflerden oluşan nanojeneratör, 10,6 V çıkış voltajı üretmiştir. Bu değer, hem katkılı hem de diğer kaplamalı numunelerin ürettiği değerlerden yüksektir. Burada grafen ve polianilin arasında sinerjik bir etkinin oluştuğu görülmüştür. Tez çalışması kapsamında üretilen nanojeneratörler, ileride kendi enerjisini üreten sistemlerde, sensör teknolojilerinde ve atık enerji geri dönüşüm sistemlerinde kullanılabileceklerdir.