MWCNT-g-PCL/PEG tabanlı PANI katkılı kompozit filmlerin geliştirilmesi ve dielektrik performansının değerlendirilmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında, biyobozunur ve biyouyumlu özellikleriyle bilinen polikaprolakton (PCL) ve polietilen glikol (PEG) polimerleri, çok duvarlı karbon nanotüpler (MWCNT) ve iletken polianilin (PANI) katkısı ile geliştirilmiş hibrit nanokompozit filmler sentezlenmiştir. Çalışmanın temel amacı, biyobozunur polimerlerin mekanik, termal ve elektriksel sınırlılıklarını gidermek ve fonksiyonel özellikleri bir arada sunan yeni nesil nanokompozit malzemeler elde etmektir. Bu kapsamda, ε-kaprolakton monomerinin halka açılma polimerizasyonu yöntemi ile MWCNT-OH yüzeyinde MWCNT-g-PCL sentezi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen graftlanmış nanotüpler, PEG ile karıştırılarak polimer blendleri hazırlanmış ve bu blendlere farklı oranlarda (%1, %2, %4, %10) PANI katkısı yapılarak nanokompozit filmler üretilmiştir. Nanokompozitlerin yapısal özellikleri FTIR ve XRD analizleriyle, morfolojik özellikleri SEM ile termal özellikleri TGA ve DSC ile incelenmiştir. Ayrıca kompozit filmlerinin dielektrik sabiti (ε′) ve dielektrik kayıp (ε″) değerleri üzerindeki etkisini frekans ve sıcaklığa bağlı olarak analiz ederek, kompozitin elektriksel polarizasyon ve enerji depolama özelliklerini belirlemiştir. Elde edilen bulgular, MWCNT yüzeyine graftlanan PCL'in nanotüplerin dispersiyonunu iyileştirdiğini, PEG ile hazırlanan blendin biyouyumlu yapıyı desteklediğini ve PANI katkısının elektriksel iletkenliği anlamlı ölçüde artırdığını göstermiştir. Böylece, biyobozunurluk, biyouyumluluk, mekanik dayanım, termal stabilite ve elektriksel iletkenlik gibi farklı özellikler tek bir nanokompozit yapı içerisinde birleştirilmiştir. Sonuç olarak, bu tez kapsamında geliştirilen MWCNT-g-PCL/PEG/PANI nanokompozit filmler, biyomedikal malzemeler, sensör teknolojileri ve enerji depolama sistemleri gibi birçok uygulama alanı için umut verici adaylar sunmaktadır

In this thesis, hybrid nanocomposite films were developed by combining polycaprolactone (PCL) and polyethylene glycol (PEG), known for their biodegradable and biocompatible properties, with multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) and the conductive polymer polyaniline (PANI). The main objective of this study was to overcome the mechanical, thermal, and electrical limitations of biodegradable polymers and to obtain multifunctional materials. In this context, MWCNT-g-PCL was synthesized on the MWCNT-OH surface via the ring-opening polymerization of ε-caprolactone monomer. The resulting grafted nanotubes were mixed with PEG to form polymer blends, and nanocomposite films were produced by adding PANI to these blends at different rates (1%, 2%, 4%, and 10%). The structural properties of the nanocomposites were investigated using FTIR and XRD analyses, their morphological properties were investigated using SEM, and their thermal properties were investigated using TGA and DSC. Furthermore, the effects of frequency and temperature on the dielectric constant (ε′) and dielectric loss (ε″) of the composite films were analyzed to determine the electrical polarization and energy storage properties of the composite. The results demonstrated that grafting PCL onto MWCNTs improved nanotube dispersion, PEG contributed to enhanced biocompatibility, and PANI significantly increased the electrical conductivity of the nanocomposites. Consequently, biodegradability, biocompatibility, mechanical strength, thermal stability, and electrical conductivity were successfully integrated into a single nanocomposite structure. These findings indicate that the developed MWCNT-g-PCL/PEG/PANI nanocomposite films present promising candidates for applications in biomedical materials, sensor technologies, and energy storage systems.