Polimer-Metal Oksit Nanokompozitlerin Film Oluşum ve Optiksel Davranışının İncelenmesi

Abstract

Bu projede hem 2 farklı tür polimerin cam yüzeylere belli kalınlıklarda kaplanmasıyla elde edilen filmlerin hem de bu polimerlerin farklı tür ve farklı tanecik boyutlarına sahip metal oksitlerle farklı tabaka sayılarında kaplanmasıyla elde edilen nanokompozit filmlerin optik özelliklerini, film oluşum davranışlarını ve yüzey morfolojilerini farklı parametrelere bağlı olarak inceleyerek, nano-ölçekte düzenli periyodik yapılar elde etmeyi amaçladık. Bu amaçla elde edilen saf polimer ince filmlerin ve polimer/metal oksit nanokompozit sistemlerin ölçülen optik özelliklerinden film oluşum davranışlarını ve filmlerin saydamlığını takip edebilmek için tüm numuneler, kullandığımız polimerlerin camsı geçiş sıcaklıklarının (Tg) üzerindeki sıcaklıklarda 100°C’den 250°C’ye kadar 10°C’lik artışlarla uygulanan her tavlama aşamasından sonra Spectronic Camspec M508 (UVV) spektrometresi ile filmlerin geçen ışık şiddetleri(%T) 550nm’de takip edildi. Tavlamadan önce, sonra ve çözünme sonrası filmlerin morfolojileri taramalı elektron mikroskopu (SEM) ile takip edildi. Her iki tür polimer sistem için en fazla şeffaflaşmayı 30nm parçacık boyutlu metal oksitler kullanarak hazırladığımız kompozit filmlerden elde ettik. Yine iki polimer sistem için de ZnO ile yapılan kaplamalarda geçen ışık şiddetlerini TiO2 ile kaplanan filmlere göre daha yüksek elde ettik bu da ZnO ile hazırlanan kaplamaların daha şeffaf bir yapı eldesi için uygun olduğunu gösterdi. SEM cihazından alınan ölçümler, gözenek boyutu ve gözenekliliğin hem kullanılan metal oksit türüne hem de bu metal oksitlerin parçacık boyutlarına göre büyük bir etkiye sahip olduklarını gördük. 15nm parçacık boyutlu metal oksitlerle kaplanan filmlerde en iyi ve düzenli gözenekliliği 5 kat TiO2 filmde elde ettik ancak 5 kat ZnO ve 10 kat TiO2 içeren filmlerde de zayıf bir gözenekli yapı elde edildi. 30nm parçacık boyutlu metal oksitlerle kaplanan filmlerde ise bu sefer 5 kat TiO2 hiçbir gözeneklilik vermezken 10 kat TiO2, 5 kat ZnO ve 10 kat ZnO kaplı filmler gözenekli yapı sağladı. ZnO içeren filmlerde daha fazla sağlanmış olup düzgün gözenek oluşumunda metal oksit türünün önemli olduğunu gördük. Böylece belirgin ve yeterli duvar yüksekliğine sahip ve düzenli gözeneklilik eldesi için iki parametrenin (metal oksit türü ve metal oksit parçacık boyutunun) değişmesi yoluyla tamamen kontrol edilebilir. Duvarların ve gözeneklerin boyutlarını kontrollü bir şekillenme içinde değiştirme kabiliyeti belli uygulamalarda örnek olarak fotonik kristallerde dielektrik sabiti içindeki periyodikliğin ayarlanabilmesi için önemlidir. Yapısal değişikliklerin her film serisi için UUV verileri ile uyumlu olduğu bulundu. Özellikle metal oksit parçacık boyutunun kompozit filmlerin viskoz akış aktivasyon enerjileri üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu gördük. 30nm boyutlu metal oksitlerle hazırlanan filmlerin aktivasyon enerjileri, 15nm boyutlu metal oksitlerle hazırlanan kompozit filmlerin değerlerinden biraz daha büyük bulundu bu sonuç metal oksitin parçacık boyut etkisi ile açıklanabilir. Son olarak da, ZnO ile kaplı filmlerin geçirgenliğinin TiO2 serisine kıyasla %30-60 daha yüksek çıkması, ZnO ile kaplı kompozit filmlerin anti-yansıtıcı uygulamalarında kullanımını vaad ediyor. Bu proje çalışmasında aynı zamanda en basit ve en ucuz teknik olarak döndürerek kaplama (spin-coating) tekniği ile monodispers, mikronaltı inorganik oksit gözenek oluşumunun metal oksit türü, boyutu ve tabaka sayısına bağlı olduğunu gördük. Bu yapılar potansiyel olarak kromatografik destekli malzemeler, katı kristaller, pil malzemeleri, termal yalıtkanlar ya da fotonik kristallerin uygulamalarında kullanılabilir.