Esnek elektronik cihazlar için ucuz alternatif alttaş malzeme üretimi

Nanoteknolojik uygulamaların genişlemesine bağlı olarak giyilebilir aygıtlar, esnek ekranlar ve süperkapasitörler fonksiyonel cihazlar olarak önem kazanmaktadır. Elektronik cihazlarda kullanılan silikon ve termoplastik tabanlı malzemelere alternatif yeni nesil alttaşlara ihtiyaç duyulmaktadır. Bu motivasyonla, elektronik cihazların daha iyi elektriksel, mekanik ve termal özelliklere sahip olabilmesi; düşük maliyetle ve kısa zamanda üretilebilmesi için mevcut alttaşlara alternatif, nanoteknoloji tabanlı fonksiyonel malzemelerin geliştirilmesi bu çalışmanın amacı olmuştur. Bu tez çalışmasında, matriks olarak doğada bol bulunan, ucuz, üretimi kolay, geri dönüşümlü selülozik kağıtlara, elektriksel ve mekanik özellikleri yüksek 1 boyutlu karbon nanotüp (KNT) ve 2 boyutlu grafen (GR) nanotakviyelerin farklı oranlarda eklenmesiyle fonksiyonel nanokompozit kağıtlar (FNK) üretilmiştir. Nano boyutlu takviyelerin türüne ve miktarına bağlı olarak FNK'ların elektriksel, mekanik ve termal özellikleri incelenmiştir. En yüksek çekme dayanımı 27 MPa, en yüksek elastisite modülü 797 MPa olarak hesaplanmıştır. Bu değerler, 151,5 MPa elastisite modülüne sahip referanstan 5 kat büyüktür. En yüksek elektriksel iletkenlik 0,185 S/cm olarak hesaplanmıştır. Yakma testi sonuçlarına göre; tamamen yanma süresi 10 sn olan referansa eklenen KNT/GR nanokatkıları ile bu süre 50 sn'ye çıkartılıp alev geciktirici özelliklerde 4 kat artış sağlanmıştır. Elektron mikroskobu incelemelerine göre, artan nano takviye miktarı ile birlikte nano takviyelerin aglomerasyon eğilimlerinde artış gözlenmiştir. Selülozik matriksin sağladığı esneklik ile FNK'lar 180 derece esneme, iki kez katlanma durumlarında deformasyona uğramadan elektriksel iletkenliklerini ve fonksiyonellik özelliklerini koruyabilmektedir. Tez çalışması sonucunda selülozik kağıdın KNT ve grafen ile takviyesiyle üretilen FNK'lar giyilebilir aygıtlar ve esnek ekranlı cihazlarda alttaş olarak kullanılabilir olduğu öngörülmektedir.

Functional nanodevices such as wearable devices, flexible displays and supercapacitors gain importance. It has been predicted that the characteristics and productivity of silicon and thermoplastic substrates will be insufficient. Based on this motivation, our aim is to produce an alternative nano-reinforced substrate in order to provide better electrical, mechanical and thermal properties with lower cost and in shorter process times. In this thesis, functional nanocomposite papers (FNKs) were produced by reinforcing carbon-nanotube (CNT) and graphene (GR) within cellulosic paper. The electrical, mechanical and thermal properties of FNKs were determined based on the type of nano reinforcements and their content. The highest tensile strength was calculated as 27 MPa while the highest modulus of elasticity was calculated as 797 which is 5 times higher than the reference. The highest electrical conductivity was measured as 0,185 S/cm for the hybrid FNKs. This value increases with increasing CNTs concentration, conversely, it decreases with increasing graphene concentration due to the non homogeneous dispersion in the matrix. Combustion tests reveal that the flame retardant properties were enhanced 4 times with the addition of CNT/GR hybrid nano reinforcements. Electron microscopy results show that the agglomeration tendency of the nanoreinforcements increases with increasing content. With the flexibility that the cellulosic matrix provides, FNKs can continue to keep electrical conductivity and maintain their functional properties even after folding twice. As a result of this study, it was determined that CNT and CNT/GR group FNKs produced by KNT reinforcement have higher electrical and mechanical properties than GR reinforced cellulose FNKs.