Grafen/Polistiren kompozit kaygan yüzeylerin üretimi ve akıllı malzeme performanslarının belirlenmesi

Abstract

Grafen, %98 optik geçirgenlik, yüksek termal iletkenlik ve yüksek Young modülü gibi üstün birçok özelliklerinden dolayı sensörler, enerji dönüşümü, depolama cihazları, güneş pilleri ve güçlendirilmiş kompozitler vb. birçok farklı uygulama alanlarına sahiptir. Bu çalışmada farklı hidrofobluk ve pürüzlülük derecesinde Grafen/Polistiren kaygan yüzeylerin üretimi, performanslarının belirlenmesi ve dış uyaranlar karşısında akıllı tepki geliştirme kabiliyetlerinin test edilmesi amaçlanmıştır. Kompozit yüzeyler daldırarak kaplama yöntemiyle hazırlanmış ve kompozit yüzeylere yağ emdirilerek kaygan yüzeyler (SLIP) elde edilmiştir. Kaygan kompozit yüzeylerin kayma performansı ve kendini yenileme potansiyelleri incelenmiştir. İletken olan grafen kompozit yüzeylerde dış uyaran olarak elektrik (düşük voltajlarda) uygulanması ile sıvı damlanın dış uyarana karşı tepkisi analiz edilmiştir. Damla hareketinin belli bir yol boyunca akıllı kontrolünün sağlanması amacıyla, litografi yöntemiyle kanal ve silindirik mikro desen içeren substratlar üretilmiş ve bu substratlar PS/grafen dispersiyonları ile kaplanarak desenlenmiş kompozit yüzeyler üretilmiştir. Ayrıca farklı iletkenliklerde düz, pürüzlü ve desenli grafen bazlı yüzeyler hazırlanarak iletkenlik, pürüzlülük ve hidrofobluk derecesindeki değişimin kaygan yüzey performansı ve akıllı tepki davranışına etkisi incelenmiştir. Kaygan yüzey (SLIP) performansı ve akıllı tepki davranışının daha detaylı anlaşılabilmesi için farklı yağlayıcı türleri, yağlayıcı kalınlığı, sıvı damla hacmi ve dış uyaran olarak kullanılan elektrik potansiyeli gibi parametreler araştırılmıştır. Gerçekleştirilen çalışmalar neticesinde amaca uygun olarak üretilen grafen bazlı PS kaygan yüzeyler üzerinde, sıvı damlanın hedeflenen mesafe, yön ve sürede kontrollü olarak hareket ettirilebildiği, kendini yenilediği, deforme edildiğinde dahi kaygan özelliğini kaybetmediği ve stabilitesini koruduğu belirlenmiştir. Sonuç olarak kaygan yüzey üzerindeki damla hareketinin akıllı kontrolünün doğadaki örneklerinde olduğu gibi yüzey topografyasındaki değişim ve yüzeyin iletkenlik değerindeki değişim ile sağlanabileceği tespit edilmiştir.

Graphene has many different application areas such as sensors, energy conversion, storage devices, solar cells, and reinforced composites, etc. due to its many superior properties such as 98% optical transmittance, high thermal conductivity, and high Young's modulus. In this study, it was aimed to produce Graphene/Polystyrene slippery surfaces with different degrees of hydrophobicity and roughness, determine their performance, and test their ability to develop intelligent responses to external stimuli. Composite surfaces were prepared by dip coating method and slippery surfaces (SLIP) were obtained by infusing the composite surfaces with oil. The sliding performance and self-renewal potential of slippery composite surfaces were examined. By applying electricity (at low voltages) as an external stimulus to conductive graphene composite surfaces, the response of the liquid drop to external stimuli was analyzed. In order to provide intelligent control of the droplet movement along a certain path, substrates containing channel and cylindrical micropatterns were produced by lithography method, and patterned composite surfaces were produced by coating these substrates with PS/graphene dispersions. In addition, smooth, rough, and patterned graphene-based surfaces with different conductivities were prepared and the effects of changes in conductivity, roughness, and hydrophobicity on slippery surface performance and smart response behavior were examined. In order to understand slippery surface (SLIP) performance and smart response behavior in more detail, parameters such as different lubricant types, lubricant thickness, liquid drop volume, and electrical potential used as external stimuli were investigated. As a result of the studies carried out, it was determined that on purpose-produced graphene-based PS slippery surfaces, the liquid drop can be moved in a controlled manner in the targeted distance, direction, and time, renews itself, does not lose its slippery feature even when deformed and maintains its stability. As a result, it has been determined that intelligent control of the drop movement on the slippery surface can be achieved by the change in the surface topography and the change in the conductivity value of the surface, as in examples in nature.