Neodimyum ve itriyum katkılandırılmış yeni kompozit malzemelerin sentezi ve elektriksel özelliklerinin incelenmesi

Polimerler düşük dielektrik sabitine sahip olmaları nedeniyle polimer matrisli kompozit malzemelerin üretiminde tercih edilir. Polimerlerin içerisine gömülü iletken dolgu maddeleri içeren kompozitler son yıllarda büyük ilgi görmektedir. Tez çalışması kapsamında serbest radikalik polimerizasyon metoduyla N-izopropilakrilamid (NIPA) ve stiren (St) monomerleri ile poli(NIPA-ko-St) kopolimeri sentezlendi. Bu kopolimere nadir toprak elementlerinden neodimyum (Nd) ve itriyum (Y) ağırlıkça farklı oranlarda (%10 ve %20) katkılandırıldı ve yeni kompozit malzemeler elde edildi. Poli(NIPA-ko-St) kopolimeri, poli(NIPA-ko-St)-%10 Nd, poli(NIPA-ko-St)-%20 Nd, poli(NIPA-ko-St)-%10 Y ve poli(NIPA-ko-St)-%20 Y kompozit malzemelerin yapısal ve morfolojik karakterizasyonları gerçekleştirildi. Kopolimer ve kompozit malzemelerin elektriksel özellikleri dielektrik sabiti, dielektrik kayıp ve elektriksel iletkenlik özelliklerinin frekansa bağımlılıkları dikkate alınarak değerlendirildi. Poli(NIPA-ko-St) kopolimere eklenen Nd ve Y katkı miktarının artmasıyla saf polimerin dielektrik sabiti (έ) değerlerinin arttığı tespit edildi. Benzer şekilde kopolimere Nd ve Y katkı miktarının artmasıyla saf polimerin dielektrik kayıp (ε՛՛) değerlerinin arttığı belirlendi. İletkenlik değerleri poli(NIPA-ko-St) kopolimeri için 2.41×10–9 S/cm, poli(NIPA-ko-St)-%10Nd kompoziti için 1.86×10–8 S/cm, poli(NIPA-ko-St)-%20Nd kompoziti için 4.78×10–8 S/cm, poli(NIPA-ko-St)-%10Y kompoziti için 1.92×10–8 S/cm, poli(NIPA-ko-St)-%20Y kompoziti için 3.70×10–8 S/cm olarak hesaplandı. Elde edilen elektriksel özellik sonuçlarına göre Nd ve Y elementlerinin poli(NIPA-ko-St) kopolimerine katkılandırılmasıyla elektriksel özelliklerde iyileşme olduğu söylenebilir. Elde edilen kompozit malzemeler elektriksel iletkenlik gerektiren elektronik parça, sensörler, iletken kaplamalar, kapasitörler gibi farklı birçok alanda kullanılabilir.

Polymers are preferred in the production of polymer matrix composite materials due to their low dielectric constant. Composites containing conductive fillers embedded in polymers have attracted great attention in recent years. Within the scope of the thesis study, poly(NIPA-co-St) copolymer of N-isopropylacrylamide (NIPA) and styrene (St) monomers was synthesized by the free radical polymerization method. The rare earth elements neodymium (Nd) and yttrium (Y) were added to this copolymer in different weight ratios (10% and 20%) and new composite materials were obtained. Structural and morphological characterizations of poly(NIPA-co-St) copolymer, poly(NIPA-co-St)-10% Nd, poly(NIPA-co-St)-20% Nd, poly(NIPA-co-St)-10% Y and poly(NIPA-co-St)-20% Y composite materials were carried out. The electrical properties of copolymer and composite materials were evaluated by taking into account the frequency dependence of dielectric constant, dielectric loss and electrical conductivity properties. It was determined that the dielectric constant (έ) values of the pure polymer increased as the amount of Nd and Y additives added to the poly(NIPA-co-St) copolymer. Similarly, it was determined that the dielectric loss (ε՛՛) values of the pure polymer increased by adding Nd and Y to the copolymer. The conductivity values was calculated as 2.41×10–9 S/cm for poly(NIPA-co-St) copolymer, 1.86×10–8 S/cm for poly(NIPA-co-St)-10%Nd composite, 4.78×10–8 S/cm for poly(NIPA-co-St)-20%Nd composite, 1.92×10–8 S/cm for poly(NIPA-co-St)-10%Y composite, 3.70×10–8 S/cm for poly(NIPA-co-St )-20%Y composite. According to the electrical property results obtained, it can be said that there is an improvement in the electrical properties by adding Nd and Y elements to the poly(NIPA-co-St) copolymer. The resulting composite materials can be used in many different areas such as electronic parts, sensors, conductive coatings, capacitors that require electrical conductivity.