Isı ve elektrikle tetiklenebilen şekil hafızalı SEBs-G-MA/ PCL/ grafen polimer kompozitlerinin hazırlanması ve karakterizasyonu

Akıllı malzemeler yeni nesil ileri malzeme araştırmalarının önemli bir parçasını oluşturmaktadır. Uyarıcıya-duyarlı polimerler; sahip oldukları şekil, mekanik özellikler, faz ayrımı, optik ve elektriksel özellikler, yüzey ve geçirgenlik gibi özelliklerini, sıcaklık, elektrik alan, pH, ışık, manyetik alan ve çözücü gibi çevresel koşullarda gerçekleşen küçük değişimler sayesinde önemli ölçüde değiştirebilen malzemelerdir. Son yıllarda, akıllı malzemelerin gelişen türlerinden biri olan şekil hafızalı polimerler (SMP'ler) ısı, elektrik ve ışık, gibi uyaranlar aracılığıyla şekillerini değiştirebilmektedir..Bu çalışmada, bir termoplastik elastomer olan maleik anhidrit aşılı poli(stiren-b-etilen-butilen-b-stiren) (SEBS-g-MA) ve bir yarı-kristalin poliester olan poli(ε-kaprolakton) (PCL)'nun ağırlıkça 60/40 miktarlarını içeren ısı-duyarlı şekil hafızalı polimer harmanına elektrikle uyarılma özelliği kazandırmak üzere grafen nano plaka (GNP) dolgusu eklenerek elektro-aktif şekil hafızalı polimer kompozitlerin geliştirilmesi hedeflendi. 5 phr, 10 phr, 20 phr ve 30 phr GNP içeren polimer kompozitler, çözelti karıştırma tekniğiyle hazırlandı. Üretilen kompozitlerin polimer harmanın elektriksel, şekil hafızası, ısıl ve mekanik özellikler üzerine etkileri incelendi.Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile gerçekleştirilen morfolojik analizlerde grafen dolgusunun polimer matrisi içerisinde homojen olarak dağıldığı gözlendi, grafen miktarı arttıkça 10 phr, 20 phr ve 30 phr GNP içeren kompozitlerde grafen dolgusunun kompozit içerisinde oldukça büyük bir hacme sahip olduğu ve polimer matris boyunca homojen bir dağılım sağladığı tespit edildi. 5 phr GNP içeren kompozitin elastik modül, çekme mukavemeti, kopma uzaması ve tokluk değerleri polimer harmanla karşılaştırıldığında gelişme gösterirken, daha yüksek dolgu yüklemelerinde elastik modül değerleri doğru orantılı olarak artmasına rağmen, diğer çekme özelliklerinde düşüş elde edildi. DSC analizinde, şekil hafızalı polimer matrisin anahtar fazı olan PCL'un erime sıcaklığı (TmPCL), GNP dolgusunun varlığından neredeyse etkilenmezken, GNP dolgusunun nükleasyon etkisi sayesinde kristalizasyon derecelerinde artış gözlendi ve kristalizasyon sıcaklıklarının daha yüksek değerlere kaydığı belirlendi. Dinamik mekanik analiz sonuçları, GNP dolgusunun SEBS-g-MA elastomerinin etilen/butilen blokunun camsı geçiş sıcaklığını yükselttiğini, diğer taraftan, polimer matrisin 25°C'deki depolama modülü ve sönümleme parametresi değerlerini geliştirdiğini gösterdi. Gerçekleştirilen sünme testleri neticesinde GNP miktarı arttıkça sünme direncinin geliştiği belirlendi. Isı-duyarlı şekil hafızası performans ölçümlerinde ise kompozitlerin tamamı %92'den daha yüksek şekil sabitleme ve %80'den daha yüksek şekil geri kazanım oranları sergiledi. GNP dolgusu arttıkça polimer matrisin elektrik direnci azaldı ve en düşük elektrik direnci 30 phr GNP içeren kompozit için 834.1 Ω.cm olarak ölçüldü. Aynı kompozitin, 23 V elektrik gerilimi altında vücut sıcaklığına ve 48 V gerilim altında ise şekil dönüşüm sıcaklığı olan 65°C'ye ulaştığı belirlendi. 30 phr oranına sahip kompozit 48V gerilim altında 180s süre sonunda geçici şeklinden başlangıç şekline %95.12 oranında elektro-aktif şekil geri kazanımı gerçekleştirdi.