Grafen oksidin kontrollü kimyasal indirgenmesi ile yüzeyde temas açısı kontrolü sağlanması

Abstract

Grafen son yıllarda çeşitli elektronik, optik, mikro akışkanlar ve ısı transferi uygulamalarında kullanılmaktadır. Grafen elde edilmesi yöntemlerinden birisi olan grafen oksitin (GO) indirgenmesi olası düşük maliyet, büyük ölçekli üretime uygunluğu sebebiyle tercih edilmektedir. GO filmler indirgendiğinde, üzerindeki oksijen içeren kimyasal gruplar koparılıp gaz halinde uzaklaştırılarak, sadece karbon içeren grafen haline dönüştürülür veya kısmi indirgeme ile de istenilen miktarda oksijen bırakılarak pratik uygulamalarda kullanılır. GO'nun indirgenmesi, yüksek sıcaklıkta uygulanan termal tavlama veya düşük sıcaklıkta kimyasal indirgeme ile yapılmaktadır. Termal tavlama etkili bir yöntem olmasına rağmen, düşük sıcaklıkta kontrollü kimyasal indirgeme pratik uygulamalar için daha uygundur. Bu tez çalışmasında GO'ya askorbik asit (L-AA) ile kontrollü kimyasal indirgeme yapılmıştır. İndirgemede kullanılan L-AA çözeltisinin derişimi (0.5-2.0 mg/mL), uygulanan sıcaklık (40-100 oC) ve süre (1-5 saat) parametreleri değişimleri incelenerek su temas açısını en çok arttıran parametrenin sıcaklık olduğu belirlenmiştir. Deneylerin gerçekleştirildiği en yüksek konsantrasyon (2 mg/mL L-AA), en uzun süre (5 saat) ve en yüksek sıcaklık (100 °C)'da yapılan indirgeme sonucu elde edilen GO filmde ölçülen 83° yüzey temas açısı bu tez çalışmasında saptanan en yüksek temas açısı sonucudur. Belirli temas açılarının (24, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75 ve 83°) ölçülmesi için uygun olan indirgenme koşulları yani L-AA konsantrasyonu, süre ve sıcaklık bilgileri bir tablo halinde verilip, böylece kontrol edilebilir su temas açılarının elde edilmesi sağlanmıştır.Graphene has been attracting attention in recent years due to its use in various industries such as electronics, optics, sensing, microfluids and heat transfer. Graphite oxide reduction method, which is one of the methods of obtaining graphene, has been preferred because of its low cost and large scale production ability. Graphene oxide (GO) films are reduced and converted into carbon-containing graphene by removing oxygen-containing chemical groups and as oxygen gas. Controlled partially reduced GO is required for many practical applications. The reduction of GO is usually done either by high temperature thermal annealing or chemical reduction at low temperature. Although thermal annealing is an effective method, the controlled chemical reduction method which can be applied at low temperature is much more suitable for practical applications. In this thesis study, a controlled chemical reduction was applied to GO by using ascorbic acid (L-AA). The concentration of the L-AA solution used in the reduction process (0.5-2.0 mg/mL), the applied reaction temperature (40-100 oC) and time (1-5 hours) parameters were examined and it was determined that the temperature was the parameter which increased the surface contact angle extensively. A water contact angle of 83° was determined in this thesis study as the highest contact angle which was obtained after chemical reduction when experimental conditions of highest concentration (2 mg/mL L-AA), longest time (5 hours) and highest temperature (100 °C) was applied. A table is provided for the suitable reduction conditions, i.e. L-AA concentration, time and temperature to obtain the specific contact angles of 24, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75 and 83° in order to be used in practical applications.