Polietilen ince filmin dielektrik özelliklerinin frekans, sıcaklığa bağlı davranışı ve camsı geçiş sıcaklığının tespiti

Şahin Yakut

doi:10.17341/gazimmfd.822360

Polietilen ince filmin dielektrik özelliklerinin frekans, sıcaklığa bağlı davranışı ve camsı geçiş sıcaklığının tespiti

Öz

35000 g/mol moleküler ağırlığa sahip külçe halindeki polietilenden (PE), termal buharlaştırma yöntemiyle 10-3 Torr vakum altında 750 nm kalınlığında PE ince filmler elde edildi. PE ince filmler alüminyum (Al) elektrotlar arasında kapasitör formunda hazırlandı. Hazırlanan PE ince filmlerin 10-106 rad/s açısal frekans ve 233 – 373 K sıcaklık aralığında dielektrik ölçümleri yapıldı. Elde edilen sonuçlar Cole-Cole modeli ile analiz edildiğinde PE ince filmlerin dielektrik sabitinin oda sıcaklığında yaklaşık 20 olduğu, yapıda üç farklı polarlanma mekanizmasının farklı frekans ve sıcaklık aralıklarında etkili olduğu görüldü. Bu mekanizmalardan α-rölaksasyonunun polimerlerde gözlenen camsı geçiş davranışını temsil ettiği belirlendi. Vogel-Fulcher-Tamman (VFT) modeli kullanılarak yapılan analizde PE ince filmin camsı geçiş sıcaklığının 315 K (42ᵒC) civarında olduğu tespit edildi. PE ince filmin, termal buharlaştırma yöntemiyle üretilmesinde ana zincirinde kırılmalar meydana gelebileceği ve lineer bir zincir formundan çapraz bağlı ağ formuna geçilebileceği görülmüştür. Elde edilen sonuçlar PE’nin ince film formunda külçe formuna kıyasla daha yüksek dielektrik sabit değerlerine ulaşabildiğini göstermiştir. Buna göre, PE ince filmin mikro ve nano boyutta enerji depolama sistemlerinde kullanımı da mümkün olabilir.

Anahtar Kelimeler

Destekleyen Kurum

İstanbul Ünivers

Proje Numarası

3569, 52926, 21764, 24226, 23681

Teşekkür

Bu çalışma İstanbul Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi tarafından 3569, 52926, 21764, 24226, 23681 no’lu projeler kapsamında desteklenmiştir.

Kaynakça

Cheng Y., Yu G., Duan Z., Effect of Different Size ZnO Particle Doping on Dielectric Properties of Polyethylene Composites, Journal of Nanomaterials, 2019, 2019.
Cai X., Wang X., Pang D., Zou X., Yu J., Lu Z., Investigation of current density, recombination rate and space charge density in polyethylene thin films based on bipolar charge transport model, Materials Research Express, 6 (9), 2019.
Ghafarizadeh S. B., Fréchette M. F., David E., Fabrication and Dielectric, Mechanical, and Thermal Properties of Low-Density Polyethylene (LDPE) Composites Containing Surface-Passivated Silicon (Si/SiO2 Core/Shell Nanoparticles), Polymer - Plastics Technology and Engineering, 57 (4), 327–334, 2018.
Kilic M., Karabul Y., Alkan U., Yagci O., Okutan M., Okutan M., Icelli O., Gamma-ray irradiation effect on mechanical and dielectric properties of volcanic basalt mineral reinforced low density polyethylene films, Physicochemical Problems of Mineral Processing, 53 (1), 578–590, 2017.
Ahangaran F., Hassanzadeh A., Nouri S., Esmaeely Neisiany R., Investigation of thermal and dielectric properties of Fe3O4/high-density polyethylene nanocomposites, Journal of Composite Materials, 51 (28), 3923–3929, 2017.
Novikov G. F., Rabenok E. V., Kydralieva K. A., Dzhardimalieva G. I., Effect of Magnetite Nanoparticles on the Dielectric Properties of Nanocomposites Based on Linear Low-Density Polyethylene, Russian Journal of Physical Chemistry A, 93 (12), 2424–2428, 2019.
Al-Salem S. M., Al-Hazza’a A., Karam H. J., Al-Wadi M. H., Al-Dhafeeri A. T., Al-Rowaih A. A., Insights into the evaluation of the abiotic and biotic degradation rate of commercial pro-oxidant filled polyethylene (PE) thin films, Journal of Environmental Management, 250, 2019.
Kaştan A., NANOKİL KATKILI POLİAMİD 6 / YÜKSEK YOĞUNLUKLU POLİETİLEN KOMPOZİTLERİN TERMAL ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ, Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 32 (1), 97–107, 2017.

Ayoob R., Alhabill F., Andritsch T., Vaughan A., Enhanced dielectric properties of polyethylene/hexagonal boron nitride nanocomposites, Journal of Materials Science, 53 (5), 3427–3442, 2018.
Ju S., Chen M., Zhang H., Zhang Z., Dielectric properties1 of nanosilica/low-density polyethylene composites: The surface chemistry of nanoparticles and deep traps induced by nanoparticles, Express Polymer Letters, 8 (9), 682–691, 2014.
Kim S. H., Xie H. K., Kao K. C., Dielectric and optical properties of nitrogen-incorporated polyethylene films fabricated by plasma polymerization, Journal of Applied Polymer Science, 32 (6), 5543–5556, 1986.
Shi M., Yang W., Zhang Y., Tan J., Cheng L., Jiao Z., Zhen X., Mechanical and dielectric properties and crystalline behavior of multilayer graphite‐filled polyethylene composites, Journal of Applied Polymer Science, 136 (42), 48131, 2019.
Zhang C., Li Y., Li C., Duan S., Yang J., Han B., Preparation of polypyrrole nanobowls and their effect for improving direct current dielectric properties of polyethylene, Polymer Testing, 54, 296–300, 2016.
Wahlstrand K. J., Temperature effects in crystalline polyethylene dielectric relaxation, Polymer, 29 (2), 263–267, 1988.
Ribes‐Greus A., Calleja R. D., Dielectric relaxations of high and low density irradiated polyethylenes, Journal of Applied Polymer Science, 38 (6), 1127–1143, 1989.
Graff M. S., Boyd R. H., A dielectric study of molecular relaxation in linear polyethylene, Polymer, 35 (9), 1797–1801, 1994.
Frübing P., Blischke D., Gerhard-Multhaupt R., Salah Khalil M., Complete relaxation map of polyethylene: filler-induced chemical modifications as dielectric probes, Journal of Physics D: Applied Physics, 34 (20), 3051–3057, 2001.
Suljovrujić E., Stamboliev G., Kostoski D., Dielectric relaxation study of gamma irradiated oriented low-density polyethylene, Radiation Physics and Chemistry, 66 (2), 149–154, 2003.
Miličević D., Suljovrujić E., Kostoski D., Spasović S., Novaković L., The effect of polar aluminium trihydrate molecules on the dielectric relaxations of low-density polyethylene, in Materials Science Forum, 2004, 453–454, 505–508.
Stamboliev G., Suljovrujic E., A dielectric study of molecular relaxations in irradiated high density polyethylene, Polymer Degradation and Stability, 95 (4), 593–599, 2010.
Òrrit J., Cañadas J. C., Sellarès J., Belana J., Identification of dipolar relaxations in dielectric spectra of mid-voltage cross-linked polyethylene cables, Journal of Electrostatics, 69 (2), 119–125, 2011.
Amin A., Dantuluri A. K. R., Bansal A. K., Investigating the effect of humidity on the α-relaxations of low-density polyethylene using dielectric spectroscopy, International Journal of Pharmaceutics, 422 (1–2), 302–309, 2012.
Ramanujam M., Wachtendorf V., Purohit P. J., Mix R., Schönhals A., Friedrich J. F., A detailed dielectric relaxation spectroscopy study of artificial UV weathered low density polyethylene, Thermochimica Acta, 530, 73–78, 2012.
Shin S. G., Dielectric properties of carbon black-filled polyethylene matrix composites, Korean Journal of Materials Research, 21 (4), 196–201, 2011.
Tokoro T., Nagao M., Kosaki M., High-field dielectric dissipation property in low-density polyethylene film, Japanese Journal of Applied Physics, 28 (3 R), 423–428, 1989.
Simonović K., Petronijević I., Kostoski D., Dojčilović J., Luyt A. S., Dudić D., Effects of acid treatment at different temperatures on the surface dielectric properties of low-density polyethylene, Polymer International, 63 (11), 1924–1929, 2014.
Altınten A., Orman F., SICAKLIK KONTROLÜ İLE POLİSTİREN/KİL NANOKOMPOZİT SENTEZİ VE KARAKTERİZASYONU, Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 32 (2), 303–312, 2017.
KAŞGÖZ A., Polioksimetilen (POM) / polipropilen (PP) harmanlarının uyumlaştırılması ve mekanik, reolojik ve katı-hal sünme özelliklerinin incelenmesi, Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 35 (4), 2225–2238, 2020.
poyraz bayram, Kompozit malzeme üretiminde kullanılan poliesterlerin mekanik, termal ve kimyasal özelliklerine başlatıcı etkisinin incelenmesi, Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 2018 (2018), 1383–1396, 2018.
KOSOVALI ÇAVUŞ F., ÖZCANLI Y., BEKEN M., PET katkısının PP’nin mekanik ve morfolojik özelliklerine etkisi, Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 2018 (2018), 319–326, 2018.
Özüyağlı A., Mehmetalioğlu C., Özsoy M., Akıncı A., CTP BORU ÜRETİM ATIĞI İLAVELİ PVC MATRİKSLİ KOMPOZİT MALZEMELERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ, Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 31 (2), 465–472, 2016.
Yakut S., Ulutas H. K., Melnichuk I., Choukourov A., Biederman H., Deger D., Dielectric properties of plasma polymerized poly(ethylene oxide) thin films, Thin Solid Films, 616, 279–286, 2016.
Yakut S., Ulutas K., Deger D., Effect of thickness on the dielectric properties and glass transition of plasma poly(ethylene oxide) thin films, Materials Science and Engineering C, 104, 2019.
Afroze T., Bhuiyan A. H., Alternating Current Electrical Properties of Thin Films of Plasma Polymerized 1, 1, 3, 3-Tetramethoxypropane, Advances in Polymer Technology, 33 (2), n/a-n/a, 2014.
Sunilkumar M., Gafoor A. A., Anas A., Haseena A. P., Sujith A., Dielectric properties: A gateway to antibacterial assay-a case study of low-density polyethylene/chitosan composite films, Polymer Journal, 46 (7), 422–429, 2014.
Pissis P., Fragiadakis D., Kanapitsas A., Delides K., Broadband dielectric relaxation spectroscopy in polymer nanocomposites, Macromolecular Symposia, 265 (1), 12–20, 2008.
Fahmy A., Mix R., Schönhals A., Friedrich J., Structure of Plasma-Deposited Copolymer Films Prepared from Acrylic Acid and Styrene: Part II Variation of the Comonomer Ratio, Plasma Processes and Polymers, 10 (9), 750–760, 2013.
Yakut S., Ulutas K., Deger D., Plasma discharge power dependent AC conductivity of plasma poly(ethylene oxide) thin films, Thin Solid Films, 645, 269–277, 2018.
Kremer F., Schönhals A., Broadband Dielectric Spectroscopy. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2003. Available: https://www.google.com/books?hl=tr&lr=&id=z5LzCAAAQBAJ&oi=fnd&pg=PA1&dq=Broadband+dielectric+spectroscopy,+Kremer,+F.+and+A.+Schönhals&ots=dPCmmeSN1V&sig=7rfOcCfeWXGMsCfS0Z4DUSkOPMU
Gouda O. E., Haiba A. S., Measurements of dielectric properties of High Density Polyethylene-Nano-Composites, Measurement: Journal of the International Measurement Confederation, 134, 624–633, 2019.
Fahmy A., Mix R., … A. S.-P. P. and, 2011 U., Structure of Plasma‐Deposited Poly (acrylic acid) Films, Wiley Online Library.
Bozoglu D., Deligoz H., Ulutas K., Yakut S., Deger D., Structural and dielectrical characterization of low-k polyurethane composite films with silica aerogel, Journal of Physics and Chemistry of Solids, 130, 46–57, 2019.
Diaham S., Locatelli M., Lebey T., Dinculescu S., Dielectric measurements in large frequency and temperature ranges of an aromatic polymer, The European Physical Journal Applied Physics, 49 (1), 10401, 2010.
Menzies D. J., Nelson A., Shen H. H., McLean K. M., Forsythe J. S., Gengenbach T., Fong C., Muir B. W., An X-ray and neutron reflectometry study of “PEG-like” plasma polymer films, Journal of the Royal Society Interface, 9 (70), 1008–1019, 2012.

Ayrıntılar

Birincil Dil

Türkçe

Konular

Mühendislik

Bölüm

Araştırma Makalesi

Yazarlar

Şahin Yakut ^*
0000-0003-0947-7668
Türkiye

Yayımlanma Tarihi

5 Mart 2021

Gönderilme Tarihi

6 Kasım 2020

Kabul Tarihi

23 Aralık 2020

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2021 Cilt: 36 Sayı: 2

DOI

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.822360

IZ

https://izlik.org/JA45CK67SH

Kaynak Göster

RIS / Bibtex

APA

Yakut, Ş. (2021). Polietilen ince filmin dielektrik özelliklerinin frekans, sıcaklığa bağlı davranışı ve camsı geçiş sıcaklığının tespiti. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 36(2), 1105-1118. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.822360

AMA

1.Yakut Ş. Polietilen ince filmin dielektrik özelliklerinin frekans, sıcaklığa bağlı davranışı ve camsı geçiş sıcaklığının tespiti. GUMMFD. 2021;36(2):1105-1118. doi:10.17341/gazimmfd.822360

Chicago

Yakut, Şahin. 2021. “Polietilen ince filmin dielektrik özelliklerinin frekans, sıcaklığa bağlı davranışı ve camsı geçiş sıcaklığının tespiti”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 36 (2): 1105-18. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.822360.

EndNote

Yakut Ş (01 Mart 2021) Polietilen ince filmin dielektrik özelliklerinin frekans, sıcaklığa bağlı davranışı ve camsı geçiş sıcaklığının tespiti. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 36 2 1105–1118.

IEEE

[1]Ş. Yakut, “Polietilen ince filmin dielektrik özelliklerinin frekans, sıcaklığa bağlı davranışı ve camsı geçiş sıcaklığının tespiti”, GUMMFD, c. 36, sy 2, ss. 1105–1118, Mar. 2021, doi: 10.17341/gazimmfd.822360.

ISNAD

Yakut, Şahin. “Polietilen ince filmin dielektrik özelliklerinin frekans, sıcaklığa bağlı davranışı ve camsı geçiş sıcaklığının tespiti”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 36/2 (01 Mart 2021): 1105-1118. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.822360.

JAMA

1.Yakut Ş. Polietilen ince filmin dielektrik özelliklerinin frekans, sıcaklığa bağlı davranışı ve camsı geçiş sıcaklığının tespiti. GUMMFD. 2021;36:1105–1118.

MLA

Yakut, Şahin. “Polietilen ince filmin dielektrik özelliklerinin frekans, sıcaklığa bağlı davranışı ve camsı geçiş sıcaklığının tespiti”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, c. 36, sy 2, Mart 2021, ss. 1105-18, doi:10.17341/gazimmfd.822360.

Vancouver

1.Şahin Yakut. Polietilen ince filmin dielektrik özelliklerinin frekans, sıcaklığa bağlı davranışı ve camsı geçiş sıcaklığının tespiti. GUMMFD. 01 Mart 2021;36(2):1105-18. doi:10.17341/gazimmfd.822360