Poliüretan tabanlı esnek basınç sensörlerinin üretimi ve dielektrik özelliklerinin karakterizasyonu

Abstract

Bu tez çalışmasında, esnek basınç sensör uygulamalarında dielektrik film olarak kullanılmak üzere termoplastik poliüretan (TPU) matrisinin iki farklı katkı sistemiyle modifiye edilmesi ve bu kompozitlerin frekansa ve elektrik alan şiddetine bağlı dielektrik-elektriksel davranışlarının kapsamlı şekilde incelenmesi amaçlanmıştır. Bu doğrultuda, TPU matrisi grafen ve benzoik asit ile farklı katkı oranlarında hazırlanmış, katkı türlerinin kutuplanabilirlik, arayüz etkileşimleri, segmental hareketlilik ve iletim mekanizmaları üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. Numuneler üzerinde kapasitans, dielektrik sabiti (ɛ'), dielektrik kayıplar (ɛ''), tanδ, empedans, AC iletkenlik, elektriksel modülüs (M', M''), özdirenç ölçümleri, SEM morfolojisi ve mekanik testler gerçekleştirilmiştir. Grafen katkılı kompozitlerde artan katkı oranı ile birlikte iletkenlikte ve kutuplanabilirlikte belirgin artış gözlenmiş, özellikle %7 grafen katkısı optimum dolgu dağılımı ile yüksek dielektrik sabit ve mekanik dayanım sergilemiştir. %10 grafen katkısında aglemerasyonun artması segmental hareketliliği sınırlamış olsa da düşük frekans bölgesinde Maxwell-Wagner-Sillars polarizasyonu ve perkolasyon kaynaklı iletken yol oluşumu doğrulanmıştır. Benzoik asit katkılı kompozitlerde karboksilik grupların polimer zincirleri ile kurduğu hidrojen bağları dipol yoğunluğunu artırmış, özellikle %5-%7 katkı oranlarında yüksek ɛ′ değerleri ve düşük kayıplı bir dielektrik davranış elde edilmiştir. Elektrik alan uygulamaları (0-12 kV/cm) her iki katkı sistemi için dipol hizalanmasını güçlendirmiş ve geçirgenliği artırmıştır. Elde edilen tüm sonuçlar, grafen katkısının iletkenlik ve mekanik performans üzerinden, benzoik asidin ise polarizasyon ve dielektrik kararlılık üzerinden TPU matrisini farklı mekanizmalarla iyileştirdiğini göstermekte, bu kompozitleri esnek sensörler ve giyilebilir elektronikler için yüksek potansiyelli malzemeler haline getirmektedir.