Investigation and control of the static electrification in polypropylene

Polimerlerin gündelik hayatta dokunma ve sürtünme sonucu elektriksel yük ile yüklenmeleri sonucu açığa çıkan statik elektriklenme olayı oldukça sık karşılaşılan bir durum olmakla birlikte, bu durum polimerlerin kullanıldığı birçok alanda, örneğin elektronik cihazlarda, tekstil sanayisinde ve uzay endüstrisinde sorun yaratabilmektedir. Bu sebeple, ani elektriksel yük birikmesi ve yük boşalması sonucu ortaya çıkan statik elektriklenmenin mekanizmasını anlamak ve kontrol altına alabilmek uygulamalar açısından son derece önemli bir konudur. Yalıtkan ve büyük ölçekli malzemelerin statik elektriklenmesini anlamaya çalışırken, fiziksel ve morfolojik özellikleri incelemek kritik bir rol oynamaktadır. Öte yandan, fiziksel özellikleri ele alındığında polimerlerin yapısının önem arz ettiği görülmekte olup bu yapısal özellikler ile triboelektriklenme arasındaki ilişki hakkında literatürde çok sınırlı miktarda bilgi yer almaktadır. Bunun nedeni olarak sürtünme elektriklenmesinin aydınlatılması konusunda şu ana kadar önerilen mekanizmaların yapı-özellik ilişkisini genellikle göz ardı etmiş olması gösterilebilir. Bu tez çalışmasında, polimerlerin fiziksel özellikleri ele alındığında önemli bir faktör olan kristallenme üzerinde çalışılarak, farklı muamele teknikleriyle (örneğin, mikrodalga ışıması, mekanik gerilme) değiştirilen kristallik derecesi ile triboelektrik yüklenme (yada yük oluşumu) arasındaki ilişki çalışılmıştır. Yarıkristal özelliğe sahip olan polipropilen (PP) hem ekonomik değerinden dolayı hem de kristallenme derecesinin ısısal işlem sayesinde oldukça farklı değerler alabilmesi nedeni ile seçilmiş ve bu tezde farklı spektroskopik ve mikroskopik teknikler kullanılarak PP in fiziksel özellikleri ve triboelektriklenme özellikleri arasındaki ilişki detaylı bir şekilde ortaya konulmaya çalışılmıştır. Muamele edilmiş ve edilmemiş polipropilende meydana gelen fiziksel ve kimyasal özelliklerindeki değişimleri anlayabilmek için X-ışınlı Fotoelektron Spektroskopisi (XPS), Raman Spektroskopisi, X-ışını Saçılma Difraktometresi (XRD), Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), Diferansiyel Tarama Kalorimetresi (DSC) tekniklerinden yararlanılmıştır. Bu çalışmanın ilk bölümünde öncelikle statik elektriklenmenin mekanizması göz önünde bulundurularak elektriklenme olayı ile polimerlerin fiziksel özelliklerini belirleyen en önemli faktörlerden biri olan kristallenme derecesi arasında var olduğu düşünülen ilişkiler belirlenmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde ise, mekanik gerilime maruz kalan bir polipropilen film yüzeyinde elektrik yükü oluştuğu da ilk defa olarak bu çalışmada gözlemlenmiştir. Bu sonuçlar, yalıtkan malzemelere fiziksel kuvvetler uygulayarak, etkili bir şekilde mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmenin cisimler arasında dokunma olmadan da mümkün olduğunu göstermiştir. Bu olayın sebepleri açıklanmaya çalışılmıştır. Bu çalışmadan elde edilen bilgiler ışığında mekanik enerjiden elektrik enerjisi elde edebilen daha verimli triboelektrik jeneratörlerin tasarlanabileceği düşünülmektedir. Anahtar Kelimeler: fiziksel özellikler, kristallik, polipropilen, statik elektriklenme, triboelektrik yük, triboelektriklenme.