Elektrokimyasal Kaplama Teknolojisi

Elektrokimyasal Kaplama Teknolojisi


Doç. Dr. Murat Ateş / Kimya Bölümü Fen - Edebiyat Fakültesi - Namık Kemal Üniversitesi

Kaplama metotlarından en hassas ve kontrol edilebilir olanlarından biri elektrokimyasal yontemdir. Kronoamperometri, kronopotansiyometri, diferansiyel puls voltametri, dongulu voltametri gibi. Elektropolimerizasyon calışmalarında en cok kullanılan yontemlerden birisi dongulu voltametridir (DV). Bu yontemde, potansiyel, duzenlenebilen potansiyelakım konularından iki nokta arasında ileri ve geri, belirlenen tarama hızında tarar. İletken polimer veya diğer redoks aktif turler olan elektroaktif turlerin varlığında yukseltgenme ve indirgenme pikleri gozlenebilmektedir. Yuk miktarına karşılık gelen her pik altındaki alanda redoks işlemleri tespit edilir. Pikin maksimum gorulduğu durumlarda da yukseltgenme ve indirgenme potansiyelleri bulunur. Ancak iletken polimerler icin DV genişyukseltgenme ve indirgenme pikleri arasında genellikle onemli Potansiyel ayrımıdır [1, 2].


Elektrokimyasal polimerleşmenin kimyasal polimerleşmeye gore bazı avantajları vardır:

a) Tepkime oda sıcaklığında gercekleşir.

b)Uygulanan gerilim veya akım değiştirilerek film kalınlığı kontrol edilebilir.

c) Saflaştırma işlemlerine gerek yoktur.

d) Homojen filmler elde edilir.

e) İstenen iyon ile polimer doplaması, film oluşumu ile eş zamanlı olarak gercekleştirilebilir.

f ) Polimer filmleri doğrudan elektrot yuzeyinde oluşturulur.

g) Kopolimer ve aşı kopolimerleri elde edilir.

Şekil
1. Elektrokimyasal sentez için üçlü elektrot sistemi: Referans,

Son yıllarda, iletken polimerler sentetik metaller bilim insanlarının onemli calışma alanlarından biri olmuştur [3]. İletken polimerlerin değişik bircok uygulama alanı ile elektriksel ve mekanik ozelliklerinin bileşimi olan cihazlar ortaya cıkabilmiştir [4]. Orneğin, foto elektrokimyasal guneş enerji donuşturmesi, temiz ve yenilenebilir enerjinin geliştirilmesinde onemli bir rol oynar.

Son yıllarda iletken polimerlerin duşuk maliyeti, duşuk ağırlığı ve esnek işlemlerdeki avantajlarından dolayı foto-elektro hucreler icin ilgi organik molekullere kaymaktadır [5]. Elektrokimyasal polimerizasyon ozellikle urun ozelliklerinin kontrolune izin vermesinden dolayı kimyasal polimerizasyona gore cok daha sık ve etkili olarak kullanılmaktadır [6]. Grubumuzda ince film kaplama teknolojisi, π-konjuge polimerler, yeni fonksiyonel monomer dizaynları, modifiye ince polimer filmler, superkapasitorler, biyosensor uygulamalar, heterosiklik sistemlerin elektropolimerizasyonu, karbon temelli elektrotlar uzerine kaplamalar (camsı karbon, karbon fiber, karbon nanotup, fulleren gibi) konularında calışmalar devam etmektedir. Son yıllarda bircok π-konjuge organik molekul sentezinden başlayarak polimerizasyonları ve bunların başta kapasitor uygulamaları olmak uzere malzeme ozellikleri araştırılmaktadır. Orneğin, 3,5-Ditiyofen-2-yl ditiyeno [3,2-b:2, 3-d] tiyofen (Thy2DTT) ve 3,4-etilendioksitiyofen (EDOT) camsı karbon elektrot uzerine 0,1 M sodyum perklorat / asetonitril / diklorometan (8:2) polimerleştirilmiş ve kopolimerin en duşuk frekanslı kapasitans değeri CLF= 1.11 mF cm-2, mol kesri (XThy2DTT= 0.66 ve 0.83) [7] icin tespit edilmiştir.


Karbazol ve turevlerinin (N-vinilkarbazol, N-etilkarbazol, N-vinilbenzilkarbazol [8], 9-tosil-9H-karbazol [9], N-benzilkarbazol [10], 2,(9H-karbazol-9-yl) etil metakrilat [11], 5-(3,6-di(tiyofen-2-yl)-9H-karbazol-9-yl) pentan-1-amin [12], 1-(4-methoxyphenyl)-1H-pyrrole [13] karbon fiber mikroelektrot uzerine dongulu voltametri tekniği ile polimerleştirilmiş ve karşılaştırmalı olarak redoks parametreleri ve elektrokimyasal empedans spektroskopik sonucları elde edilmiştir [14]. Ayrıca karbazol turevlerinden 5-(3,6-Dibromo-9H-karbazol- 9-yl)-pentanitril [15] ve 9-(4-Nitrofenilsulfonil)-9H-karbazol [16] maddelerinin XRD yontemi ile X ışınları kristal yapıları belirlenmiştir. 9-tosil-9H-karbazol (TCz) ve pirol (Py) karbon fiber mikroelektrot uzerine elektropolimerleştirilip farklı devre uygulamaları ile R(C(R(Q(RW)))) ve R(C(R(Q(RW))))(CR), CLF= 22.7 mFcm-2 değerleri tespit edilmiştir [17]. 9-(2-(benziloksi) etil-9H-karbazol ve 1-tosil-1H-pirol ile kopolimerleştirilmiştir [18]. Politiyofenin karbon malzemeler uzerine elektrokimyasal empedans spektroskopisi [19] ile iletken polimerler ve uygulamaları review (inceleme) calışmaları [20, 21] yayınlanmıştır. Ayrıca, 3-hekziltiyofenin mikro-kapasitor davranışı ve eşdeğer devre uygulamaları gercekleştirilip [22], CLF= 1.394 mFcm-2 ola rak [3HTh]0= 0.5 mM olarak 0.1 M tetraetil amonyum tetrafloroborat / asetonitril çözeltisinde R(QR)(CR)(RW))(CR) devre sisteminde elde edilmiştir. Son yıllarda, Poly(3-metylthiophene)/ PET/ITO [23], (3,6-bis(2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxin-5-yl)-9-(4-vinylbenzyl)-9H-carbazole) [24], 2-(3,6-bis(2,3- dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxin-5-yl)-9H-karbazol-9-yl) ethyl methacrylate [25], poly(3-(2-aminoethyl thiophene) [26], 9H-karbazol-9-carbothioic dithioperoxyanhydride [27], Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) ve Poly(3-octylthiophene [28], 6-(3,6-di(thiophene-2-yl)-9H-carbazole-9-yl)-hexanoic acid [29], N-Methylpyrrole ve 2,2´-bithiophene kopolimerizasyonu [30], Poly(2,6-di(thiophene-2-yl)-3,5(4-thiophene-2-yl) phenyl)dithieno[3,2-b;2´,3´-d)thiophene) [31], 4-vinylbenzyl- 9H-karbazol-9-carbodithioate and Ethylenedioxythiophene [32], Poly(Karbazol-EDOT) Türevler / Multi-walled karbon nanotube [33], 4-toluene 9H-carbazole -9-carbodithioate [34], Poly(N-Methylpyrrole-co-2,2-Bithitiopheneco- 3-(Octylthiophene)) [35], Poly(3-Octylthiophene) ve Poly(3-Octylthiophene)/TiO2 nanocomposite filmler [36], 9H-carbazole-9-carbothioic methacrylic thioanhydride [37] ve Karbazol ve 2,2:5-2’’ Terthiophene kopolimerizasyonu [38] çalışmaları gerçekleştirilmiştir.

Şekil 2. P(N-MPy-ko-BTh-ko-OTh), [N-MPy]0/[BTh]0/[OTh]0 = 1/1/1, mag: 5000; 0.2 M NaClO4/ACN, 30 cycle, 0-1.2 V, SEM görüntüsü [35].

Literatürde elektrokimyasal kaplama teknolojisi konusunda ince film oluşumuna yönelik birçok polimer ve malzeme geliştirilmiştir. Geliştirilen malzemelerin teknolojide elektriksel, optik, termal ve mekanik özellikleri bakımından ele alınması büyük önem taşımaktadır. Ayrıca, elektrokimyasal açıdan kullanılan teknikte filmin control edilebilirliği açısından da büyük önem arzetmektedir.