Quantum dot-polymer interactions in contact electrification of common polymers

Dokunma ile elektriklenme, yalıtkan bir malzeme yüzeyinin başka bir yüzeye dokundurulması veya sürtünmesi ile meydana gelir. Bu temas, elektrik yüklerinin oluşmasına neden olur ve bu yüklerin birikmesi kontrolsüz elektrik deşarjına yol açarak örneğin, deşarj kaynaklı toz patlamaları gibi kazalara neden olur. Bu ve benzeri durumlar endüstride ciddi ekonomik kayıplara yol açar. Öte yandan, oluşan bu elektrik yükleri, son zamanlarda gelişen triboelektrik nanojeneratörler gibi mekanik enerjinin elde edilmesinde kullanılan bir çok uygulama alanına katkıda bulunabilir. Bu nedenlerle, dokunma ile elektriklenme sonrasında oluşan yüklerin kontrolünü sağlamak ve elektriklenme mekanizmasını detaylı olarak anlamak önem taşımaktadır. Ancak dokunma ile elektriklenme, yüzyıllarca süren araştırmalara rağmen hala tam olarak anlaşılamamıştır çünkü elektron, iyon ve malzeme transferi gibi karmaşık olaylar içerir. Bu tezde, kuantum noktaları (KN'ler) yaygın olarak kullanılan polimerlere eklenmiş, polimerlerin dokunma ile elektriklenmesi incelenmiştir. Nanometre ölçeğindeki yüzey mühendisliği, bu KN-polimer kompozitleri için yeni uygulama alanları yaratabilir ve dokunma ile elektriklenmenin mekanizmasının aydınlatılmasına yardımcı olabilir. Bu tezin ilk bölümünde, CdSxSe1−x ve CdSxSe1−x/ZnSe KN'lerini PDMS polimerine ekleyerek oluşan kompozit elektriklendirildiğinde oluşan yüklerin sönümlenme mekanizmalarını araştırılmmıştır. KN'lerin polimerle etkileşimlerini, elektron-boşluk yük taşıyıcılarının farklı konumlarına göre, bant genişliği mühendisliği yaklaşımıyla iv test edilmiştir. Tezin diğer bölümlerinde, KN-polimer kompozitlerinde yük oluşumu incelenmiştir. Öncelikle oleik asit ile kaplanmış KN'leri piridin ile işleme tabi tuttuk ve böylece KN'lerdeki ligand değişim işleminin yüklenmeye etkisi test edilmiştir. Daha sonra, farklı polimer matrislerinin yük stabilitesine etkisi, polietilen, polistiren ve polimetilmetakrilat polimerlerine KN katkılanarak araştırılmıştır. Tezin son bölümünde ise, inorganik KNlere kıyasla daha biyo-uyumlu ve çevre dostu bir katkı madde olan azot eklenmiş karbon noktaları polivinil alkol polimerine eklenerek yüklenme deneyleri yapılmıştır. KNler ve KNli polimerler UV-VIS spektroskopisi, fotolüminesans, ışıma ömrü, atomik kuvvet mikroskopisi, transmisyon elektron mikroskopisi ve X-ışını kırınımı yöntemleriyle karakterize edilmiştir. Sonuç olarak KNlerin, polimer yüzeylerindeki yükleri stabilleştirme veya kararsızlaştırma amacıyla kullanılabileceği ve bu etkilerin UV ışığı ile aydınlatma sayesinde de manipüle edilebileceği görülmüştür. Bu tez çalışması ile, yaygın olarak kullanılan plastiklerde statik yüklerin ışıkla manipüle edilebileceği literatürde ilk defa göstermiştir. Bulduğumuz sonuçlar, polimer yüzeylerde aşırı yük birikimini önlemeye veya isteğe bağlı olarak statik yük stabilitesini artırmaya yönelik uygulamalara fayda sağlayabilir. Son olarak, sonuçlarımızın, kuantum noktalarının yaygın polimerlerle nanometre ölçeğindeki fiziksel etkileşimlerini aydınlatmada faydalı olduğuna ve gelişmiş elektronik özelliklere sahip yeni kolay erişilebilir malzemeler tasarlamak için kullanılabileceğine inanıyoruz.