YENİ BİR İLETKEN POLİMER: POLİ(3,8 DİAMİNOBENZO[c]SİNNOLİN) ELEKTROKİMYASAL ÜRETİMİ VE ELEKTROKROMİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "YENİ BİR İLETKEN POLİMER: POLİ(3,8 DİAMİNOBENZO[c]SİNNOLİN) ELEKTROKİMYASAL ÜRETİMİ VE ELEKTROKROMİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ"

Özlem Derviş
8 yıl önce
İzleme sayısı:

1 YENİ BİR İLETKEN POLİMER: POLİ(3,8 DİAMİNOBENZO[c]SİNNOLİN) ELEKTROKİMYASAL ÜRETİMİ VE ELEKTROKROMİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ Eda AKGÜL a *, Ahmet Ferat ÜZDÜRMEZ b, Handan GÜLCE a, Ahmet GÜLCE a, Emine KILIÇ b a Selçuk Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Konya, Türkiye b Ankara Üniversitesi, Kimya Bölümü, Ankara, Türkiye *tageda@hotmail.com ÖZET Bu çalışmada 3,8- diaminobenzo[c]sinnolin(dabs) monomerinin elektrokimyasal olarak polimerizasyonu başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiş ve elde edilen polimerin elektrokromik özellikleri ilk defa incelenmiştir. DABS monomerinin potansiyodinamik polimerizasyonu, 2,5 mm DABS monomeri içeren 0,1 M tetrabütilamonyumperklorat (TBAP)/asetonitril çözücü destek elektrolit ortamında -0,8 V ve +1,2 V potansiyel aralığı ve 0,1 V/s gerilim tarama hızında dönüşümlü voltametri yöntemi ile sürekli gerilim taraması uygulanarak gerçekleştirilmiştir. Polimerizasyon sonucunda ITO elektrot yüzeyinde koyu kahverenkli bir filmin oluştuğu gözlenmiştir. Polimer filme farklı gerilim değerleri uygulanarak renk değiştirme kabiliyeti incelenmiştir. Spektroelektrokimyasal çalışmalar sonucunda filmin optik zıtlığı 575 nm de %10 ve 900 nm de %5 bulunmuştur. Ayrıca polimer filmin FT-IR, SEM ve iletkenlik ölçümleri ile karakterizasyonu yapılmıştır. Anahtar Kelimeler: İletken polimerler, Elektropolimerizasyon, Elektrokromizm. 1. GİRİŞ Yeni molekül ve maddelerin sentezi bilimin gelişmesinin önemli bir göstergesidir. 70 li yılların sonunda iletken polimerlerin bulunmasından beri, bir çok araştırmacı ince film transistörleri, ışık yayan diyotlar ve elektrokromik cihazlar gibi uygulamaları ile bu malzemeleri ticarileştirmek için polimerler üzerine odaklanmışlardır. Elektrokromizm bir elektrik alanı uygulandığı zaman tersinir bir renk değişimi gösteren elektroaktif materyalleri içerir. Elektrokromik cihazlar teknolojide birçok potansiyel uygulama alanlarına sahiptirler. Elektrokromik malzemeler, akıllı pencereler, dikiz aynaları, kamuflaj maddeleri, optiksel gösterimler, uzay aracı ısı kontrolü ve pencerelerde güneş ışığı kontrol filmi olarak çalışılmıştır. Büyük oranda enerji tasarrufu sağlaması, geçen ışık şiddetinin isteğe göre değiştirilebiliyor olması, kullanımının oldukça kolay olması ve çok farklı alanlara uygulanabilir olması gibi olumlu özellikleri nedeniyle elektrokromik malzemeler oldukça önem taşımaktadır. Bu nedenlerden dolayı elektrokromik malzemeler hakkında birçok çalışma yapılmış, farklı malzeme ve kaplama yöntemleri araştırılmıştır [1]. Son yıllarda, iletken polimerler elektrokromik cihazlar için de oldukça ilgi çekmektedir. Bunun nedeni iletken polimerlerin inorganik elektrokromik materyallerden daha işlenebilir olması ve yüksek derecede renk çeşitliliği avantajı sağlamasıdır. Bu çeşitlilik, fonksiyonlandırılmış monomerlerin kullanılması ve kopolimerizasyon yoluyla çeşitli polimer sistemlerin modifikasyonu ile başarılabilmektedir [2].

com ÖZET Bu çalışmada 3,8- diaminobenzo[c]sinnolin(dabs) monomerinin elektrokimyasal olarak polimerizasyonu başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiş ve elde edilen polimerin elektrokromik özellikleri

2 2. DENEYSEL YÖNTEM Elektrokimyasal çalışmalarda çalışma elektrodu olarak 7x50x0,5 mm SiO 2 pasifleştirilmiş iki yüzeyi kaplı ITO ya da 0,0314 cm 2 alanlı platin disk elektrot kullanılmıştır. Referans elektrot olarak Ag/Ag + elektrot, karşıt elektrot olarak Pt tel elektrot kullanılmıştır. Elektrokimyasal çalışmalar cam bir hücrede, spektroelektrokimyasal çalışmalar ise kuvartz hücrede gerçekleştirilmiştir. Polimerizasyonun gerçekleştirilmesinde kullanılan dönüşümlü voltametri tekniği için Ivium Compactstat marka potansiyostat, uv-görünür bölge absorpsiyon spektrumlarının incelenmesinde Ocean Optics HR 4000 spektrofotometre kullanılmıştır. 3,8-diaminobenzo[c]sinnolin (DABS) monomerinin polimerleştirilmesi dönüşümlü voltametri yöntemi ile sürekli gerilim taraması uygulanarak gerçekleştirilmiştir. DABS in elektrokimyasal davranışı Pt disk ve ITO elektrotlarda incelenmiştir. İlk aşamada 0,1 M TBAP ve asetonitril içeren ortamda DABS nin polimerizasyonu için, gerilim tarama aralığı, döngü sayısı ve gerilim tarama hızı, monomer derişimi gibi deneysel parametrelerin polimerizasyona etkileri araştırılmıştır. En uygun elektrokromik film yapısı elde etmek amacıyla yapılan elektrokimyasal çalışmalar sonucunda, gerilim tarama aralığı -0,8 V ve +1,2 V arası, gerilim tarama hızı 0,1 V/s, monomer derişimi 2,5 mm, döngü sayısı 40 döngü olarak bulunmuştur. 3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Polimer filmin spektroelektrokimyasal olarak incelemesi için, potansiyodinamik polimerizasyon ile ITO elektrot yüzeyinde polimer film üretilmiş ve koyu kahverengi bir polimer filmi elde edilmiştir. DABS nin elektrokimyasal polimerizasyonuna ait çok döngülü dönüşümlü voltamogram ve oluşan polimer filminin monomer içermeyen destek elektrolit çözeltisindeki dönüşümlü voltamogramı Şekil 1 de verilmiştir. Şekil 1. 2,5 mm DABS in -0,8 V ile +1,2 V potansiyel aralığında potansiyodinamik elektropolimerizasyonuna ait çok döngülü voltamogram filmin monomer içermeyen çözeltideki dönüşümlü voltamogramı

Elektrokimyasal çalışmalar cam bir hücrede, spektroelektrokimyasal çalışmalar ise kuvartz hücrede gerçekleştirilmiştir.

ITO elektrotta oluşturulan polimerin optik özelliklerindeki değişimleri izlemek amacıyla -0,5 V ile +1,5 arasında gerilim değerleri uygulanarak filmin UV-görünür bölge absorpsiyon spektrumları

3 ITO elektrotta oluşturulan polimerin optik özelliklerindeki değişimleri izlemek amacıyla -0,5 V ile +1,5 arasında gerilim değerleri uygulanarak filmin UV-görünür bölge absorpsiyon spektrumları incelenmiştir. Bu çalışma sırasında poli-dabs filminin renk değiştirme kabiliyeti 575 nm ve 900 nm deki absorpsiyon bandının geçirgenliğindeki değişimin analizi ile izlenmiştir. Şekil 2. ITO elektroda kaplanan polimer filme -0,5 V ile +1,5 V arasında değişen değerlerde voltajlar uygulanarak elde edilen UV-görünür bölge absorpsiyon spektrumu. Polimer filmin optik zıtlığı ve cevap süresini öğrenmek amacıyla çift potansiyel kronoamperometri tekniği ile eş zamanlı olarak spektrumdaki değişimler izlenmiştir. -0,5 V ile +1,5 V potansiyel aralığında 575 nm ve 900 nm de (maksimum zıtlık dalga boyu) elde edilen geçirgenlik değişimleri Şekil 3 de verilmiştir. Optik zıtlık poli-dabs polimeri için 575 nm de yaklaşık %10 ve 900 nm de ise yaklaşık % 5 olarak bulunmuştur. Şekil 3. -0,5 V ile +1,5 V potansiyel aralığında eş zamanlı olarak elde edilen Poli-DABS in, 20 sn süre ile 30 defa ölçülen akım-zaman eğrisi, 575 ve 900 nm dalga boyundaki % geçirgenlik değişimi.

ITO elektroda kaplanan polimer filme -0,5 V ile +1,5 V arasında değişen değerlerde voltajlar uygulanarak elde edilen UV-görünür bölge absorpsiyon spektrumu.

Poli-DABS filminin uygulanan gerilime ne kadar zamanda cevap verdiğini ve filmin bir renkten diğer bir renge ne kadar zaman içerisinde geçeceğini görmek önemlidir.

4 Poli-DABS filminin uygulanan gerilime ne kadar zamanda cevap verdiğini ve filmin bir renkten diğer bir renge ne kadar zaman içerisinde geçeceğini görmek önemlidir. Uygulanan gerilim ile geçirgenlikte meydana gelen % 90 lık değişim için geçen süre polimer filmin cevap süresini vermektedir. Şekil 4 de görüldüğü üzere 575 nm de elde edilen geçirgenlik ölçümünde -0,5 V gerilim uygulandığında filmin renk değişimi için gereken cevap süresi 13 s gerilim yön değiştirdiğinde filmin buna cevap verme süresi 2,1 s olarak bulunmuştur. Şekil 4. 0,1 M TBAP/asetonitril çözeltisinde polimer kaplı ITO elektroda 20 s puls ile -0,5 V ile +1,5 V aralığında uygulanan gerilim ile geçirgenlikteki dinamik değişim. Poli-DABS filminin optik göstergelerde ve elektrokromik cihaz uygulamalarında kararlılık ve sağlamlık göstermesi önemlidir buna yönelik yapılan kinetik çalışmalar incelendiğinde, 2,5 mm DABS ve 0,10 M TBAP içeren asetonitril çözeltisinde -0,8 V ile +1,2 V gerilim tarama aralığında 40 döngü ve 100 mv/s tarama hızında ITO elektrotta elde edilen polimer filmin çift potansiyel kronoamperometri tekniği -0,5 V ile +1,5 V aralığında 20 s, 10s ve 5 s kalma süresi ile 20 şer basamak halinde uygulanmış ve aynı zamanda 570 nm de geçirgenliğindeki değişim incelenmiştir. Şekil 5 de görüldüğü üzere 20 s süredeki optik zıtlık % 6 iken 5 s de % 3 olarak bulunmuştur. Şekil 5. -0,5 V ile +1,5 V aralığında 20 s, 10 s ve 5 s kalma sürelerinde çift potansiyel kronoamperometri tekniği ile elde edilen 570 nm deki geçirgenlik değişimi.

Şekil 4 de görüldüğü üzere 575 nm de elde edilen geçirgenlik ölçümünde -0,5 V gerilim uygulandığında filmin renk değişimi için gereken cevap süresi 13 s gerilim yön değiştirdiğinde filmin buna cevap

Poli-DABS filminin kolorimetrik ölçümünde, filmin renk değişimini grafiksel olarak ve nicel biçimde gösteren L (parlaklık), a (büyüklük) ve b (yoğunluk) değerleri belirlenmiştir.

Poli-DABS filmine ait SEM görüntüleri incelendiğinde, başarılı bir elektrokimyasal sentez gerçekleştirildiği ve nanoboyutta parçacıklardan oluşan homojen ve kompakt bir film yapısının oluştuğu

5 Poli-DABS filminin kolorimetrik ölçümünde, filmin renk değişimini grafiksel olarak ve nicel biçimde gösteren L (parlaklık), a (büyüklük) ve b (yoğunluk) değerleri belirlenmiştir. Optimum koşullarda ITO elektroda kaplanan polimer filmin voltaj değişimleri ile L, a ve b değerlerindeki değişim incelenmiş ve Şekil 6 da verilmiştir. Şekil 6. Uygulanan gerilim ile L, a ve b değişimi. Poli-DABS filmine ait SEM görüntüleri incelendiğinde, başarılı bir elektrokimyasal sentez gerçekleştirildiği ve nanoboyutta parçacıklardan oluşan homojen ve kompakt bir film yapısının oluştuğu görülmektedir. Şekil ve kat büyütülmüş SEM görüntüleri Polimer filme ait dört noktalı iletkenlik ölçüm değeri ise 7,26x10-2 S/cm olarak bulunmuştur. TEŞEKKÜR Bu çalışmadaki desteklerinden dolayı TÜBİTAK a teşekkür ederiz (Proje no: TBAG 110T817). KAYNAKLAR [1] Guey-Sheng Liou, Hui-Wen Chang, Kai-Han Lin, Yuhlong Oliver Su, J. Polym. Sci.: Part A: Polym. Chem. 47 (2009) [2] Wen-Hsiang Chen, Kun-Li Wang, Der-Jang Liaw, Kueir-Rarn Lee, Juin-Yih Lai, Macromolecules 43 (2010) 2236.

Benzer belgeler

POLİPİROLLE KOROZYONDAN KORUNMA CORROSION PROTECTION BY POLYPYRROLE

POLİPİROLLE KOROZYONDAN KORUNMA Abdurrahman ASAN *, Burhan ASLAN, Özgür KORKMAZ * Hitit Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Kimya Mühendisliği Bölümü, ÇORUM ÖZET: Polipirol (PPy) film, korozyona karşı koruma