Nanokompozit tekstil yüzeylerinin iletken hale getirilmesi ve sensör özelliği kazandırılması

Abstract

Bu çalışmada, Termoplastik Poliüretan (TPU) çözeltisine farklı konsantrasyonlarda ve değişik oranlarda Çok Duvarlı Karbon Nanotüp (ÇDKNT) ve Sodyum Dodecyl Sülfate (SDS) eklenerek 12 adet çözelti oluşturulmuş ve bu çözeltilerden electrospining işlemiyle nanokompozit yüzeyler elde edilmiştir. Bu numunelerin uzamaya bağlı direnç değişimleri, sensör özelliğini değerlendirebilmek amacıyla uzamaya bağlı gauge faktör değişimleri ve sensör özelliğinin sürdürülebilirliğini değerlendirmek amacıyla da döngü testleri yapılmıştır. İlk olarak, TPU granüllerinin üzerindeki nemi uçurmak için 1 saat 60°C’de etüvde kurutulmuştur. Ardından ağırlıkça %10’luk konsantrasyonuna sahip TPU çözeltisi hazırlanmıştır. Bu çözelti hazırlanırken 1 g ağırlığa sahip TPU granülleri, 10 ml Di metil Formamid (DMF): Tetrahidrofuran THF çözücüleri içinde çözündürülmüştür. Bu çözelti hazırlanırken DMF/ THF’in kütle oranı 2:3 olarak belirlenmiştir. Karışım oda sıcaklığında 2 saat manyetik karıştırıcı ile karıştırılarak homojen hale getirilmiştir. İkinci olarak 30 ml DMF içerisine ağırlıkça %0.3, %0.5 ve %0.7 ÇDKNT ve ÇDKNT’lerin ağırlıkça 1/ 0, 1/ 20, 1/ 23, 1/ 26 oranında SDS eklenerek çözelti oluşturulmuştur. Bu çözelti 90 dk boyunca sonike edilerek ÇDKNT ve SDS’ler çözelti içerisinde homojenize edilmiştir. Elde edilen bu iki çözelti 1/ 1 oranında karıştırılarak 30 dk süreyle sonike edilerek stabil bir karışım elde edilmiştir. Ardından bu çözeltiden 10 ml şırıngaya çekilerek elektrospinning yöntemi ile nanokompozit üretilmiştir. Nanokompozit üretiminde elekstrospinning yöntemindeki uygulanan voltaj 32 kV, besleme hızı 1,6 mL/ h, ortam sıcaklığı 21 ± 2°C, toplayıcı dönme hızı 280 rpm olarak ayarlanmıştır. İkinci olarak elde edilen nanokompozit yapıların direnç değişimleri Keithley 2450 Sourcemeter cihazı ve Instron 4411 cihazıyla ölçülmüştür. Ölçümler için 3 cm x 1 cm boyutunda nanokompozit yüzeyler kesilerek Instron cihazında teste tabii tutulmuştur. Bu ölçüm esnasında Keithley direnç ölçüm cihaz probları numuneye üstten ve alttan tutturularak gerilim altındaki direnç değişimleri 30 dk’lık süre boyunca ölçülmüştür. Ayrıca yine bu nanokompozit yüzeylerin sensör davranışlarının ürdürülebilirliği açısından aynı test koşullarında 100 tekrarlı olarak direnç değişimleri ölçülmüştür. Elde edilen sonuçlara göre 0,3 ÇDKNT konsantrasyonunda 1/ 20 banyo oranında SDS ilave edilmiş , 0,5 ÇDKNT konsantrasyonunda 1/ 20 banyo oranında SDS ilave edilmiş 0,7 ÇDKNT konsantrasyonunda 1/ 26 banyo oranında SDS ilave edilmiş numunelerde en iyi sensör özelliği elde edilmiştir.

In this study, 12 solutions were created by adding Multi-Walled Carbon Nanotube (MWNCT) and Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) at different concentrations and rates to Thermoplastic Polyurethane (TPU) solution, and nanocomposite surfaces were obtained from these solutions by electrospinning process. Resistance changes of these samples due to elongation, gauge factor changes due to elongation in order to evaluate the sensor feature, and cycle tests were carried out to evaluate the sustainability of the sensor feature. First, it was dried in an oven at 60°C for 1 hour to evaporate the moisture on the TPU granules. Then, TPU solution with a concentration of 10% by weight was prepared. While preparing this solution, TPU granules weighing 1 g were dissolved in 10 ml of DMF:THF solvents. While preparing this solution, the mass ratio of DMF/ THF was determined as 2:3. The mixture was homogenized by stirring with a magnetic stirrer for 2 hours at room temperature. Secondly, a solution was created by adding 0.3%, 0.5% and 0.7% by weight of MWCNT and 1/ 0, 1/ 20, 1/ 23, 1/ 26 by weight of SDS to 30 ml of DMF. This solution was sonicated for 90 minutes and MWCNTs and SDSs were homogenized in the solution. These two solutions obtained were mixed in a 1/ 1 ratio and sonicated for 30 minutes to obtain a stable mixture. Then, 10 ml of this solution was drawn into a syringe and the nanocomposite was produced by the electrospinning method. In the nanocomposite production, the applied voltage in the electrospinning method was set as 32 kV, the feeding rate was 1.6 mL/ h, the ambient temperature was 21 ± 2°C, and the collector rotation speed was 280 rpm. Secondly, the resistance changes of the obtained nanocomposite structures were measured with the Keithley 2450 Sourcemeter device and the Instron 4411 device. For measurements, nanocomposite surfaces of 3 cm x 1 cm size were cut and tested on the Instron device. During this measurement, Keithley resistance measuring device probes were attached to the sample from the top and bottom and the resistance changes under tension were measured for a period of 30 minutes. Additionally, in order to ensure the sustainability of the sensor behavior of these nanocomposite surfaces, resistance changes were measured 100 times under the same test conditions. According to the results obtained, the best sensor properties were obtained in the samples to which SDS was added at a bath ratio of 1/ 20 at a concentration of 0.3 MWCNT, to which SDS was added at a bath ratio of 1/ 20 at a concentration of 0.5 MWCNT, and to which SDS was added at a bath ratio of 1/ 26 at a concentration of 0.7 MWCNT. has been made.