Sol-Jel Yöntemi ile Üretilen Silika Tabanlı Hidrofobik Aerojellerin Karakterizasyon Özelliklerinin İncelenmesi

Öz

1930 yılından günümüze uzanan aerojeller; Guinness rekorlar kitabına giren en hafif ve katı malzeme olarak seçilmiştir. Yüksek ısıl absorbsiyon özelliği, çok iyi yalıtkanlık kabiliyeti, mezo gözenek yapısı mukavemetinin ve yüzey alanının yüksek olması gibi üstünlüklerinin birçok malzemeye alternatif kullanım avantajı ve birçok sektörde kullanım olanağı sunmaktadır. Bu çalışmada, sol-jel tekniği kullanılarak yüksek saflıkta silika tabanlı hidrofobik aerojel üretimi gerçekleştirilmiştir. Bu doğrultuda, yapılan çalışmalarda aerojelin karekterizasyonu çeşitli yöntemlerle belirlenerek mikroyapıya olan etkileri incelenmiştir. Elde edilen aerojelin oldukça küçük tane boyutuna ve mezo gözenek yapısına sahip olduğu belirlenmiş ve yüksek seviyede hidrofobik özellik sağladığı tespit edilmiştir. Üretilmiş olan aerojel numuneleri çeşitli testlere tabi tutulmuş ve ilginç sonuçlar elde edilmiştir. Ayrıca üretilen silika aerojellerin sol-jel metodu ile sentezi, işlem basamakları ve kullanılan bileşikler (kullanılan bileşiklerin etkisi incelenmiştir olmalı) incelenmiştir. Yapılan çalışmalar kapsamında üretilmiş olan silika aerojel numunelerinin (kısaltmalardan önce yöntemin tam ismi yazılır. Örneğin Fourier Infrared Spektroskopisi-FTIR gibi) FITIR, BET, XRF ve XRD yöntemleri kullanılarak karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. Optik ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak mikro yapı analizleri belirlenmiştir. Yapılan karekterizasyon ve mikro yapı analizleri sonucunda aerosilikajelin, 20-50 nm aralığında gözenek boyutuna sahip, temas açısı değerleri 160° - 170° aralığında ölçülmüştür. Yapılan boyut analizi testlerinde üretilen aerojel numunelerinin sırasıyla 1116.09 µm, 1553.14 µm, 1123.48 µm tane boyut değerlerine sahip olduğu tespit edilmiştir. Karekterizasyon çalışmalarının tanecik görüntülenmeleri (SEM analizleri) sonucunda ise sol jel yöntemi ile üretilmiş olan silika tabanlı aerojelin %97.90 saflıkta olduğu sonucuna ulaşılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Aerojel
• Hidrofobik
• Sol-jel
• Karekterizasyon
• Silikajel

Investigation of Characterization Properties of Silica-based Hydrophobic Aerogel Produced by Sol-gel Method

Öz

From 1930 until todays manufactured aerogels; It has been chosen as the lightest and solid material in the Guinness Book of Records. Its advantages such as high thermal absorption feature, very good insulating ability, mesopore structure strength and high surface area offer an alternative use advantage to many materials and use in many sectors. In this study, high purity silica-based hydrophobic airgel was produced using the sol-gel technique. In this direction, the characterization properties of the aerogel and its effects on the microstructure were investigated. It was determined that the obtained airgel had a very small particle size and mesoporous structure, and it was concluded that it provided a high level of hydrophobic properties. The produced airgel samples were subjected to various tests and interesting results were obtained. In addition, the synthesis of the produced silica aerogels by the sol-gel method, the processing steps and the compounds used (the effect of the compounds used should have been investigated). The characterization studies of the silica airgel samples produced within the scope of the studies (the full name of the method is written before the abbreviations. For example, Fourier Infrared Spectroscopy-FTIR) were carried out using FITIR, BET, XRF and XRD methods. Microstructure analyzes were determined using optical and scanning electron microscopy (SEM). As a result of the characterization and microstructure analyzes in the experimental studies were determined with a pore size in the range of 20-50 nm and the contact angle values were measured in the range of 160° - 170°, In the dimensional analysis tests, it was determined that the airgel samples produced had grain size values of 1116.09 µm, 1553.14 µm, and 1123.48 µm, respectively. As a result of the particle imaging (SEM analysis) of the characterization studies, it was concluded that the silica-based airgel produced by the sol gel method was 97.90% pure.

Anahtar Kelimeler

• Sol-gel
• Slikajel
• Characterization
• Aerogel
• Hydrophobic

Kaynakça

1. Adıyaman, O. 2016. İkincil Dönel Eksenli ile Klasik Düzlem Yüzey Taşlama Mekanizmasında Kesme Parametrelerinin Yüzey Pürüzlülüğüne Etkisinin Deneysel İncelenmesi, Technological Applied Sciences (NWSATAS), 2A0092, 1, 10-23.
2. Dorcheh AS, Abbasi MH.2008. Silica aerogel; synthesis, properties and characterization. J. Mater. Process. Technol. Elsevier,199, 10–26.
3. Studart AR, Gonzenbach UT, Tervoort E, Gauckler LJ.2006. Processing routes to macroporous ceramics: a review. J. Am. Ceram. Soc.89,1771–1789.
4. Kelly A.2006. Why engineer porous materials Philos. Trans. R. Soc. London A Math. Phys. Eng. Sci. The Royal Society; 364, 5–14
5. Alemán J V, Chadwick A V, He J, Hess M, Horie K, Jones RG, et al.2007. Definitions of terms relating to the structure and processing of sols, gels, networks, and inorganic-organic hybrid materials (IUPAC Recommendations ). Pure Appl. Chem. 79, 1801–29.
6. Aghabararpour M, Mohsenpour M, Motahari S, Abolghasemi A.2017. Mechanical properties of isocyanate crosslinked resorcinol formaldehyde aerogels. J. Non. Cryst. Solids. Elsevier. 481, 548-555.
7. Meena AK, Mishra GK, Rai PK, Rajagopal C, Nagar PN.2005. Removal of heavy metal ions from aqueous solutions using carbon aerogel as an adsorbent. J. Hazard. Mater. Elsevier; 122, 161–170.
8. Zu G, Shen J, Zou L, Wang F, Wang X, Zhang Y, et al.2016. Nanocellulose-derived highly porous carbon aerogels for supercapacitors. Carbon N. Y. Elsevier; 99:203–211.

9. Lee YJ, Jung JC, Yi J, Baeck S-H, Yoon JR, Song IK.2010. Preparation of carbon aerogel in ambient conditions for electrical double-layer capacitor. Curr. Appl. Phys. Elsevier; 10, 682–6.
10. Nazeran N, Moghaddas J.2017. Synthesis and characterization of silica aerogel reinforced rigid polyurethane foam for thermal insulation application. J. Non. Cryst. Solids. Elsevier; 461,1–11.
11. Dervin S, Lang Y, Perova T, Hinder SH, Pillai SC 2017. Graphene oxide reinforced high 37 surface area silica aerogels. J. Non. Cryst. Solids. Elsevier; 465:31–38.
12. Brinker CJ, Scherer GW.2013. Sol-gel science: the physics and chemistry of sol-gel processing. Academic press.
13. Livage J.1997. Sol-gel processes. Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. Elsevier; 2,132–138.
14. Znaidi L.2010. Sol–gel-deposited ZnO thin films: A review. Mater. Sci. Eng. B. Elsevier; 174:18–30.
15. Li W, Fries DP, Malik A.2004. Sol–gel stationary phases for capillary electrochromatography. J. Chromatogr. A. Elsevier;1044, 23–52.
16. Mackenzie JD, Bescher EP.2007. Chemical routes in the synthesis of nanomaterials using the sol–gel process. Acc. Chem. Res. ACS Publications; 40,810–818.
17. Şahin S.2011. Medikal alanda kullanılan tekstillerde antibakteriyel etkiler için sol-jel uygulamaları. DEÜ Fen Bilimleri Enstitüsü.75-87, İzmir
18. Dilsiz N, Akovalı G.2002. Study of sol–gel processing for fabrication of low density alumina microspheres. Mater. Sci. Eng. A. Elsevier; 332,91–96.
19. Topcu İ, A.N. Güllüoğlu, M. K.Bilici, H. Ö.Gülsoy, 2019.Investigation of wear behavior of Ti-6Al-4V/CNT composites reinforced with carbon nanotubes, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University 34:3, 1441-1449.
20. Liu, M. Yang, D.2008. Preparation of Super Hydrophobic Silica Aerogel and Study on its Fractal Structure. Journal of Non-Crystalline Solids, 354, 49274931.
21. Topcu,2021. İ.Mechanical properties of PLA and ABS parts produced with fused filament fabrication Method, Journal of Ceramic Processing Research. 22, 2,143-148
22. Tadjarodi, A., Haghverdi, M., Mohammadi, V.,2012. Preparation and Characterization of Nano-porous Silica Aerogel From Rice Husk Ask by Drying at Atmospheric Pressure Tadjarodi. Materials Research Bulletin, 47, 2584-2589.
23. Yılmaz,Y.,2013. Farklı başlangıç maddeleri kullanılarak sol-jel yöntemiyle monolitik silika aerojel ve silika aerojel sentezi ve karakterizasyonu’’, Yüksek Lisans Tezi.117, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, (2013).
24. Güler, D., Silis kumu, feldspat ve tetraetilortosilikattan sol-jel yöntemi ile silika aerojel sentezi ve karakterizasyonu, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, (2012).
25. İ.Topcu,B. N. Çetiner, A. N. Güllüoğlu and G. Özkan, “Investigation of Creep Behavior of CNT Reinforced Ti6Al4V Under Dynamic Loads,” J.Chem.Soc.Pak., vol.42, n.1, pp.70-80,2020.
26. İ.Topcu, M Ceylan and E, B Yilmaz, “Experimental investigation on mechanical properties of Multi Wall Carbon Nanotubes (MWCNT) reinforced aluminium metal matrix composites,” Journal of Ceramic Processing Research, vol.21,n.5, pp.596-601,2021.
27. İ. Topcu, A. N. Güllüoğlu, H.Ö.Gulsoy and M.K. Bilici “Karbon nanotüp takviyeli Ti-6Al-4V/KNT kompozitlerin aşınma davranışlarının incelenmesi” Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, c. 34, s.3, ss.1441-144.2019.
28. İ.Topcu “Investigation of Wear Behavior of Particle Reinforced AL/B4C Composites under Different Sintering Conditions” Journal of Technical Glasnic, vol. 14, n.1, pp. 7-14,2020.