Yüksek performanslı titanyum karbür (Ti3C2TX-MXENE) nanomalzeme takviyeli hibrit kompozitlerin geliştirilmesi

Teknolojinin hızla gelişmesi ve modern yaşam koşullarının etkisiyle günlük hayatımızda elektronik cihazların sayısı giderek artmaktadır. Bu cihazlar, yaşamımızı kolaylaştıran pek çok yenilik sunarken çevreye yaydıkları elektromanyetik dalgalar (EM) hem insan sağlığına hem de cihazların çalışma performansına ciddi zararlar verebilmektedir. Bu etkilerden korunabilmek amacıyla elektromanyetik kalkanlama etkinliğine sahip malzemelerin üretimi üzerine çalışmalar gerçekleştirilmektedir. Yüksek elektrik iletkenliğinden dolayı metaller en yüksek EM kalkanlama sağlayan malzemeler olmalarına rağmen ağır olmaları, korozyon dirençlerinin düşük olması ve yüksek maliyetleri sebebiyle alternatif malzeme arayışları devam etmektedir. Bu çalışmada, geniş yüzey alanı, yüksek mekanik dayanım ve elektriksel iletkenlik gibi üstün özelliklere sahip MXene ailesinden Ti3C2Tx-MXene, MILD yöntemi kullanılarak sentezlenmiştir. Daha sonra, bu malzeme cam ve karbon elyaflarla farklı yöntemlerle birleştirilerek tabakalı hibrit kompozitler üretilmiştir. MXenenin kompozitlere EM kalkanlama etkinliği kazandırması ve elyaf-matris arasındaki arayüzeyi geliştirerek mekanik özellikleri artırması amaçlanmıştır. Çalışmanın ilk kısmında, farklı konsantrasyonlarda MXene çözeltisi (%0,2, %0,4 ve %0,8) sprey kaplama yöntemi ile karbon kumaş yüzeylere kaplanmış ve ardından vakum infüzyon yöntemi ile tabakalı kompozitler üretilmiştir. %0,4 MXene takviyeli kompozit referans numuneden sırasıyla %12,71, %13,12 ve %25,95 daha fazla eğilme, çekme ve tabakalar arası kayma dayanımı (ILSS) göstermiştir. Asit muameleli karbon fiber-epoksi ve MXene arasındaki güçlü hidrojen bağları ve MXenenin mekanik kenetlenmeyi artırması bu artışa sebep olmuştur. X bant aralığında referans numune -31,13 dB toplam kalkanlama etkinliği (SET) gösterirken %0,8 MXene içeren kompozit numune -32,63 dB etkinlik göstermiştir. MXene miktarındaki artışın kompozitlerin SET değerleri üzerinde belirgin bir fark yaratmadığı sonucuna varılmıştır. Diğer kısımda, 5 mg/ml ve 10 mg/ml MXene çözeltilerine 5 ve 10 tekrarlı daldırma-kurutma işlemi uygulanarak MXene kaplı karbon kumaşlar üretilmiş ve ardından bu kumaşlarla farklı konfigürasyonlara sahip tabakalı kompozitler üretilmiştir. 10 mg/ml konsantrasyon ve 10 tekrarlı kaplama yapılarak elde edilen kumaşlardan üretilen kompozit numune en yüksek (-34,92) SET değerini göstermiştir. Bu değer referans numuneden %6,57 daha fazladır. Aynı konsantrasyon (10 mg/ml) ve kaplama tekrarı (5 ve 10) kullanılarak cam elyaf kumaş ile vakum infüzyon yöntemi ile tabakalı kompozitler üretilmiştir. Kaplama tekrar sayısının artması ile cam kumaş yüzeyinde daha fazla MXene biriktirilmiş ve bu da kompozitlerin EM kalkanlama etkinliğini olumlu yönde geliştirmiştir. MXene kaplı cam elyaf kumaşlarla üretilen 1,70 mm kalınlığındaki kompozitlerle X bant aralığında -23,21 dB SET değerine ulaşılmış ve bu değer MXene katkısız cam elyaf kompozitten %205,8 daha fazladır. Çalışmanın son bölümünde ise epoksi matris elemanı, MXene ve bağlama ajanı (APTES) ile fonksiyonelleştirilmiş MXene (FM) ile modifiye edilmiş ve ardından yatırması ve ardından vakum torbalama yöntemleri kullanılarak cam elyaf takviyeli hibrit kompozitler üretilmiştir. Fonksiyonelleştirme sayesinde FM'lerin epoksi içinde daha homojen dağıldığı gözlenmiştir. Epoksiye %0,25 FM takviyesi ile kontrol numunesinin eğilme, çekme ve ILSS dayanımları sırasıyla %27,55, %19,21 ve %12,40 artmıştır. MXene takviyesinin kompozitlerin yanmazlık özelliğini de geliştirdiği gözlenmiş ve %0,5 FM takviyeli kompozit numune referans numuneden %25,50 daha az yanma hızı göstermiştir. Ayrıca kompozitlerin mekanik test sonrasında kırılma yüzeyleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiş ve kırık yüzeylerde genel olarak fiber kırılması, fiber sıyrılması, tabaka ayrılması, matris çatlağı, burkulma hasarları gözlenmiştir.