Max fazdan mxene toz eldesi ve polimere takviye edilmesi ile üretilen malzemelerin triboelektrik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Gün geçtikçe, insanoğlu kaynakların hızla tüketmekte olduğunun ve çevre kirliliğinin tehlikesinin farkına daha fazla varmaktadır. Bu nedenle, kaynakların daha verimli kullanımı ve çevreye en az zarar veren malzeme ve/veya yöntemlerin tercihi ile ilgili önemli çalışmalar yapılmaktadır. Ulaşılan güç yoğunlukları göz önüne alındığında, hibrit yenilenebilir enerji yapıları, enerji üretimi ve elektronik cihazların çalıştırılması için iyi adaylar olarak kabul edilebilir. Triboelektrik kavramı, yüksüz yani nötr olan malzemelerin birbirleri ile kısa süreli temasları sayesinde aralarında meydana gelen elektron alış-verişi neticesinde ortaya çıkan bir olaydır. Triboelektrik etki mekanizmalarının belirlenmesinden bu yana bir taraftan bu etkiye sahip malzemeler araştırılırken diğer taraftan triboelektrik olarak üretilecek olan enerjinin artırılması yönünde çalışmalar sürdürülmektedir. Buradan yola çıkarak, bu çalışmada üretilen MXene tozlarının katkılandırıldığı polimerin tribolojik özellikleri üzerine incelemeler yapılmış ve oluşan farklılıklar tartışılmıştır. Çalışmada kullanılan MXene, dağlama işlemi ile MAX faz malzemesinden üretilmiştir. Bu amaçla, hammadde olarak kullanılan MAX fazı Ti3SiC2 formundadır. MAX fazı çalışma içerisinde 4 ayrı asit ile kimyasal aşındırma işlemine maruz bırakılmıştır. Bu asitler hidroflorik asit (HF), hdiroklorik asit (HCl), sülfirik asit (H2SO4) ve nitrik asit (HNO3) olacak şekildedir. MAX fazı aşındırma işlemi 3 ayrı süre ve 3 ayrı molaritede gerçekleştirilmiştir. 3-5-7 molar asit ile 12-48-96 saat liç işlemi gerçekleştirilmiştir. Toplamda 36 ayrı reçetede olası faz değişikliği incelenmiştir. Aşındırma işleminden sonra pH değeri '6' oluncaya dek santrifüj işlemi uygulanan karışım kullanıma hazır hale getirilmiştir. MXene tozları XRD altında karakterize edilmiş ve partikül boyutları bir Zetasizer aracılığıyla belirlenmiştir. MXene tozu polimer çözeltisine eklenmiştir ve bir manyetik karıştırıcı ile karıştırılmıştır. Çözelti, bir film oluşturmak üzere petri kabına dökülmüştür. Film oluşumu için solvent döküm tekniği kullanılmıştır. Üretilen filmlerin voltaj oluşumları osiloskop altında test edilmiştir.

Day by day, mankind is becoming more aware of the rapid consumption of resources and the danger of environmental pollution. For this reason, important studies are being carried out on the more efficient use of resources and the choice of materials and/or methods that are least harmful to the environment. Considering the power densities achieved, hybrid renewable energy structures can be considered as good candidates for power generation and operation of electronic devices. The concept of triboelectricity is a phenomenon that occurs as a result of electron exchange between uncharged, i.e. neutral materials due to their short-term contact with each other. Since the determination of the mechanisms of triboelectric effect, on the one hand, materials with this effect have been investigated, on the other hand, studies have been carried out to increase the energy to be produced as triboelectric. Based on this, the tribological properties of the polymer doped with MXene powders produced in this study were investigated and the differences were discussed. MXene used in the study was produced from MAX phase material by etching process. For this purpose, the MAX phase used as raw material is in the form of Ti3SiC2. MAX phase was subjected to chemical etching with 4 different acids in the study. These acids are hydrofluoric acid (HF), hydrochloric acid (HCl), sulphuric acid (H2SO4) and nitric acid (HNO3). The MAX phase etching process was carried out at 3 different times and 3 different molarities. The leaching process was carried out for 12-48-96 hours with 3-5-7 molar acid. In total, possible phase change was analysed in 36 different recipes. After the etching process, the mixture was centrifuged until the pH value was '6' and the mixture was ready for use. MXene powders were characterised under XRD and particle sizes were determined using a Zetasizer. MXene powder was added to the polymer solution and mixed with a magnetic stirrer. The solution was poured into a petri dish to form a film. Solvent casting technique was used for film formation. The voltage evolution of the produced films was tested under oscilloscope.