PHOTOTHERMAL SELF-HEALING OF THERMOPLASTIC POLYURETHANE COMPOSITES BY BISMUTH-TIN CORE-SHELL PARTICLES

---

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Metalurji Ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2025

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: EKİN KURŞUN

Danışman: Simge Çınar Aygün

Özet:

Bu tez çalışmasında, sıvı metal özellikli Bizmut-Kalay (BiSn) parçacıkları ile termoplastik poliüretan (TPU) birleştirilerek elde edilen kompozit filmler ve bu filmlerde oluşan hasarlı bölgelerin yakın kızılötesi (NIR) ışık altında fototermal etkiyle iyileştirilmesi incelenmiştir. Sıvı metal parçacıkların polimer matris içerisinde homojen bir şekilde dağılması ve farklı oranlarda elde edilen kompozit filmlerin morfolojik bütünlüğü değerlendirilmiştir. Homojen film üretiminin başarıyla gerçekleştirilmesinin ardından, filmlerin fototermal özellikleri ve buna bağlı olarak iyileşme performansları araştırılmıştır. NIR ışık altında BiSn parçacıkları, fototermal etki yoluyla lokal ısı üretmiş; bu sayede polimer matris içerisinde zincir hareketliliği artmış ve yüzeyde oluşan çatlakların kapanması mümkün hale gelmiştir. BiSn'in yüksek NIR soğurma kapasitesi ve etkili fototermal dönüşüm yeteneği, çekirdek-kılıf yapısıyla birleşerek, TPU matrisi içerisinde üniform bir dağılım ve etkin bir entegrasyon sağlamıştır. Yalnızca %0.5 oranında BiSn katkısı ile hazırlanan kompozit filmlerin mekanik özellikleri iyileşmiş ve tensile strength değeri yalın TPU'ya göre neredeyse iki katına çıkarak 46 MPa'a ulaşmıştır. Yakın kızılötesi ışık altında, filmlerin yüzey sıcaklığının lokal olarak 1 dakika içerisinde 145 °C üzerine çıktığı gözlemlenmiştir. Bu sıcaklık, polimerin erime sıcaklığına oldukça yakın olup, zincir hareketliliğini artırarak çatlakların hızlı bir şekilde kapanmasına olanak tanımıştır. Bu sayede, hasarlı bölgelerde 10 dakika içerisinde %89 gibi yüksek bir iyileşme verimliliğiyle başarılı bir onarım sağlanmıştır. Kendi kendini iyileştirmenin polimer zincir hareketliliğinin kolaylığına dayandığı, yüksek mekanik performansın ise bu hareketliliği doğası gereği kısıtladığı düşünüldüğünde, bu çalışmada hem yüksek mekanik mukavemet hem de mükemmel iyileşme verimliliğine ulaşmak dikkate değer bir sonuçtur. Daha da önemlisi, bu iyileşme süreci optik şeffaflığın tamamen kaybolmadan gerçekleştirilmiş ve bu da hem mekanik dayanıklılık hem de ışık geçirgenliği gerektiren uygulamalarda görsel veya optik performansın sürdürülmesi potansiyelini göstermiştir. Ayrıca, literatürde yaygın olarak araştırılmamış bir teknik olan başlangıç TPU bileşimi değiştirilerek kompozit filmlerin mekanik özellikleri ile iyileşme performansı arasındaki ilişki araştırılmıştır. Ayrıca, filmlerin farklı yöntemlerle işlenebilirliği de incelenmiştir.