Kontrollü Yapıda Dikey Yönelimli Karbon Nanotüpler İle Üretilmiş Polimer Nanokompozitlerin Çok Fonksiyonlu Özellikleri Ve Uygulamaları

Abstract

Nanoyapıların kontrolü yeni malzemelerin örneğin karbon nanotüp (CNT) esaslı fiberler, 3D nano-mühendislik kompozitleri ve metamalzemeleri de içeren geniş bir grup malzemelerin özelliklerini anlamak ve öngörmek için önemlidir. Bu çalışmada dikey yönelimli ve sürekli karbon nanotüpler (A-CNT) ile güçlendirilmiş polimer nanokompozitler (A-PNC) yüksek hacim oranı ile hazırlanmıştır. Bu işlem yeni bir mekanik sıkıştırma tekniği kullanılarak yapılmıştır. Bu sayede yüksek hacim yüzdesinde (Vf) hazırlanması istenilen literatürde yaygın olarak çalışılmış rastgele yönelimli CNT’ler ile güçlendirilmiş polimer nanokompozitlere (R-PNC) özgü olan dispersiyon ve dağılım problemi ile karşılaşılmamıştır. PNC’lerin yapılarının kontrol edilmesi mekanik özelliklerinin yorumlanması açısından çok kritiktir ve taramalı elektron mikroskobu ile PNC’lerin yapısıyla alakalı çok detaylı bilgi alınabilir. A-PNC’lerin mekanik özelliklerinin performanslarının karşılaştırılması amacıyla R-PNC’lerde üretilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre A-PNC’lerin modül değeri CNT aksisi yönünde maksimumdur ve bu zamana kadar literatürde rapor edilen değerler arasında sürekli dikey yönelimli A-CNT’lerin ve yapısal kullanımından dolayı en yüksektir. A-PNC’lerin elektriksel özellikleri ise farklı hacim yüzdesinde ve eksenlerinde ölçülmüştür. Elde edilen sonuçlara göre A-PNC’lerin elektriksel iletkenlikleri CNT aksisi yönünde literatür değerlerinden 10 kat daha yüksek olduğu görülmüştür. Üretilen A-PNC’ler pek çok ileri malzeme alanlarında uygulama bulabilecektir. Bu çalışmada üç adet uygulama incelenmiş ve karakterize edilmiştir.

Control of nanostructure morphology is essential for predicting properties of a broad array of new materials, including CNT-based fibers, 3D nano-engineered composites, and metamaterials. In this study, an aligned-CNT polymer composite (A-PNC) is fabricated using a high-performance thermoset and anisotropic mechanical properties quantified and discussed relative to morphology of the samples. High volume fraction (Vf) continuous A-PNCs are fabricated via a novel mechanical densification technique. Controlling morphology of the PNCs is critical for interpreting the mechanical property results, and both scanning electron microscopy (SEM) provide detailed investigation of PNC morphology herein. Randomly oriented PNCs (R-PNCs) are also fabricated for comparison of unaligned vs. aligned reinforcement. Modulus values of A-PNCs are the highest reported for epoxy resin, due to the CNT alignment at all volume fractions for comparisons with literature. The electrical property measurements of A-PNCs were performed for low and high volume fractions in different directions such as axial and transverse. The results for electrical conductivity of A-PNCs found to be approximately 10 times higher than the reported values in the literature in CNT axial direction. The fabricated A-PNCs can found applications as advanced materials in many fields. In this study, three different applications of A-PNCs is fabricated, studied and characterized.