Ferrosen içeren fonksiyonel polimerlerin sentezi, fotofiziksel ve elektriksel özelliklerinin incelenmesi - Değirmenci, Derya (Fırat Üniveristesi, 2026)
Fonksiyonel polimerler, ana veya yan zincirlerinde bulunan aktif fonksiyonel gruplar sayesinde optik, elektriksel, termal ve kimyasal özellikleri kontrol edilebilen ileri düzey malzemelerdir. Bu özellikleri, onları organik yarı iletkenler, optoelektronik sistemler, sensörler ve enerji depolama teknolojileri gibi pek çok alanda önemli kılmaktadır. Özellikle konjuge π-elektron sistemleri, polimer zinciri boyunca elektronların delokalizasyonunu sağlayarak etkin yük taşınımına imkân verirken, donör–akseptör (D–A) yaklaşımı mole-kül içi yük transferini artırarak bant aralığının daralmasına ve geniş spektrumlu ışık absorpsiyonuna katkı sağlamaktadır. Ferrosen, tersinir redoks davranışı ve yüksek kimyasal kararlılığı ile elektrokimyasal açıdan aktif bir yapı sunarken, kalkon türevleri geniş π-konjugasyonu sayesinde güçlü elektron verici–alıcı özellikler sergi-lemektedir. Bu iki yapının aynı polimer omurgasında birleştirilmesi, hem yük transferini güçlendirmekte hem de malzemenin optik ve elektrokimyasal performansını artırmaktadır. Bunun yanı sıra grafen, yüksek elekt-riksel iletkenliği, geniş yüzey alanı ve üstün mekanik ve termal özellikleri sayesinde bu tür sistemlere önemli katkılar sunan ileri düzey bir nanomalzemedir. Ferrosen ve kalkon yapılarını birlikte içeren kopolimer sistemlerine yönelik çalışmaların literatürde oldukça sınırlı olması ve homopolimere grafen gibi ileri düzey karbon nanomalzemelerinin entegrasyonuna ilişkin araştırmaların henüz yeterli düzeye ulaşmamış olması, çok bileşenli bu sistemlerin tasarımı, sentezi ve özelliklerinin ayrıntılı biçimde incelenmesini yeni nesil fonksiyonel malzemelerin geliştirilmesi açısından önemli ve güncel bir araştırma alanı haline getirmektedir. Bu doğrultuda, mevcut literatürdeki bilgi boşlu-ğunu gidermeyi amaçlayan bu tez çalışmasında sistematik ve çok yönlü bir yöntem izlenmiştir. Bu tez çalışmasında, literatürde mevcut olan boşluğun doldurulması amacıyla ilk olarak ferrosen te-melli metakrilat monomeri sentezlenmiş ve homopolimerizasyonu gerçekleştirilmiştir. Ardından, fonksiyo-nel kalkon türevi içeren bir monomer sentezlenerek kopolimer yapısı elde edilmiştir. Bunun yanı sıra, elde edilen homopolimere farklı oranlarda grafen katkılanarak kompozit yapılar hazırlanmıştır. viii Sentezlenen monomerlerin ve polimerlerin yapısal karakterizasyonu FT-IR ve NMR spektroskopik yöntemleri ile doğrulanmış; termal özellikleri TGA ve DSC analizleri kullanılarak incelenmiştir. Optik özel-likler UV–Vis absorpsiyon spektroskopisi ile değerlendirilmiş, elektrokimyasal davranışlar ise döngüsel vol-tametri yöntemi ile ortaya konmuştur. Elde edilen sonuçlar, grafen katkı oranına bağlı olarak polimerin fiziksel ve termal özelliklerinde be-lirgin değişimler meydana geldiğini göstermiştir. Ayrıca, hazırlanan homopolimer ve kopolimer tabanlı di-yotların akım–gerilim (I–V) ölçümleri doğrultucu karakter sergilediğini ve ışık altında akım değerlerinde artış olduğunu ortaya koymuştur. Tüm bulgular birlikte değerlendirildiğinde, polimer ve kompozit yapıların yapısal ve fonksiyonel özelliklerinin başarıyla iyileştirildiği ve hedeflenen malzemelerin elde edildiği sonucuna varılmıştır. Gerçek-leştirilen modifikasyonların, sentezlenen polimer ve kompozit yapıların optik, elektriksel ve elektrokimyasal özellikleri üzerinde belirgin ve olumlu etkiler oluşturduğu belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, bu polimer ve kompozit malzemelerin organik elektronik, sensör teknolojileri ve fotodiyot uygulamaları için yüksek potan-siyel taşıyan fonksiyonel aday malzemeler olduğunu ortaya koymuştur

Functional polymers are advanced materials whose optical, electrical, thermal, and chemical proper-ties can be controlled thanks to active functional groups present in their main or side chains. These properties make them significant in many fields, such as organic semiconductors, optoelectronic systems, sensors, and energy storage technologies. In particular, conjugated π-electron systems enable efficient charge transport by facilitating the delocalization of electrons along the polymer chain, while the donor–acceptor (D–A) approach enhances intramolecular charge transfer, contributing to a narrowing of the bandgap and broad-spectrum light absorption. While ferrocene offers an electrochemically active structure with reversible redox behavior and high chemical stability, chalcone derivatives exhibit strong electron-donating and electron-accepting properties due to their extensive π-conjugation. Combining these two structures on the same polymer backbone en-hances charge transfer and improves the material's optical and electrochemical performance. Furthermore, graphene is an advanced nanomaterial that makes significant contributions to such systems due to its high electrical conductivity, large surface area, and superior mechanical and thermal properties. Given that research on copolymer systems containing both ferrocene and chalcone structures is quite limited in the literature, and that studies on the integration of advanced carbon nanomaterials such as gra-phene into homopolymers have not yet reached a sufficient level, make the detailed investigation of the de-sign, synthesis, and properties of these multi-component systems an important and timely research area for the development of next-generation functional materials. In this context, a systematic and multifaceted ap-proach was adopted in this thesis study, which aims to address the information gap in the existing literature. In this thesis study, to fill the existing gap in the literature, a ferrocene-based methacrylate monomer was first synthesized and its homopolymerization was carried out. Subsequently, a monomer containing a functional chalcone derivative was synthesized to obtain a copolymer structure. Additionally, composite structures were prepared by incorporating graphene into the obtained homopolymer at different ratios. x The structural characterization of the synthesized monomers and polymers was confirmed using FT-IR and NMR spectroscopic methods; their thermal properties were investigated using TGA and DSC anal-yses. Optical properties were evaluated by UV–Vis absorption spectroscopy, while electrochemical behavior was determined using cyclic voltammetry. The results obtained demonstrated that significant changes occurred in the physical and thermal prop-erties of the polymer depending on the graphene loading. Furthermore, current–voltage (I–V) measurements of the prepared homopolymer- and copolymer-based diodes revealed rectifying behavior and an increase in current values under light. When all findings are evaluated together, it was concluded that the structural and functional properties of the polymers and composite structures were successfully improved, and the targeted materials were ob-tained. It was determined that the modifications performed had significant and positive effects on the optical, electrical, and electrochemical properties of the synthesized polymer and composite structures. The results obtained demonstrate that these polymer and composite materials are functional candidate materials with high potential for applications in organic electronics, sensor technologies, and photodiode applications.
Synthesis of ferrocene-containing functional polymers, investigation of their photophysical and electrical properties
Keywords: Kimya