Đki katlı film kalınlıkları

Polipirol (PPy) ve polianilin (PAni), çalışmada yapılması planlanan katmanlı ECD üretimine bağlı olarak sıraları değişecek şekilde (PAni/PPy ve PPy/PAni) üst üste kaplanmıştır. Kaplamalar yapılırken tek katmanlı yapılarda elde edilen; potansiyel çalışma aralıkları, konsantrasyonlar, kaplama süresince geçen yük miktarları, film içindeki yük miktarları ve hesaplanan kalınlıklar için elde edilen optimizasyonlardan faydalanılmıştır.

3.2.2.1. PPy/PAni film kalınlıkları

Đkili kaplamalarda, ilk katmanın polipirol üst katmanın polianilin olduğu durum için(PPY/PAni); ilk olarak Py elektropolimerizasyon yöntemi ile ITO kaplı cam üzerine kaplanmış, sonrasında elde edilen filmin üzerine PAni kaplanmıştır. Polianilinin tek başına ITO kaplı cam üstüne kaplandığı durumda, elektropolimerizasyon süresince sistemden geçen kaplama yük miktarları Tablo 3.2.’de verilmektedir.

Tablo 3. 2. ITO kaplı cam üzerine kaplanan PAni için elektropolimerizasyon süresince geçen yük miktarları

PAni EP süresi (s) Q (mC/cm2) 100 53,66 200 147,4 300 283,7 400 425 500 618,6

PPy/PAni ikili kaplamalarında, ilk katman olan PPy üzerine aynı elektropolimerizasyon süreleri için PAni kaplamaları yapıldığında ölçülen kaplama yükü değerleri ise Tablo 3.3 ile aşağıda verilmektedir.

87

Tablo 3. 3. Farklı kalınlıklı PPy üzerine kaplanan, farklı sürelerde oluşturulan PAni filmler için ölçülen kaplama yükleri

100s PAni (mC) 200s PAni (mC) 300s PAni (mC) 400s PAni (mC) 500s PAni (mC)

5s PPy 10s PPy 15s PPy 20s PPy 25s PPy 51,65 50,25 45,87 44,69 42,10 155,10 139,16 130,00 122,85 93,59 284,23 263,90 254,90 230,13 216,23 442,70 407,40 374,87 333,10 319,48 680,20 562,85 530,93 457,68 447,80

Tablo 3.2 ve Tablo 3.3 karşılaştırıldığında, ITO kaplı cam üzerine direkt olarak kaplanan PAni ile ilk katman olan PPy üzerine kaplanan PAni’in aynı elektropolimerizasyon sürelerinde daha düşük yük değerleri ile kaplandığını görebiliriz. Sonuçlar incelendiğinde; ITO kaplı cam üzerine ilk olarak PPy kaplanması, ikinci katman olarak kaplanan PAni’in aynı elektropolimerizasyon süresinde daha az yük miktarı ile ve dolayısıyla daha ince bir film kalınlığı ile oluşmasına yol açmaktadır. Örneğin ITO kaplı cam üzerine tek başına 300s boyunca kaplanan PAni için 283,7 mC’luk yük değeri ölçülürken, ilk katman olarak farklı kalınlıklarda PPy kaplandıktan sonra aynı süre (300s) için PAni kaplandığında Tablo 3.4’teki sonuçlar elde edilmektedir:

Tablo 3. 4. Farklı kalınlıklı PPy üzerine 300s PAni kaplamasıyla ölçülen yük miktarları

PPy Kaplama Süresi PAni Kaplama Yükü 5s 10s 15s 20s 25s 284,23 mC 263,90 mC 254,90 mC 230,13 mC 216,23 mC

Benzer değişimin diğer PAni kaplama sürelerine olan etkisinin daha iyi incelenmesi için, farklı kaplama süreleri ile ilk katman olarak kaplanan PPy üzerinde ikinci katman olarak oluşturulan PAni için kaplama yükü değişimi Şekil 3.7’de verilmektedir.

88

Şekil 3. 7. Farklı sürelerde kaplanan PPy üzeride oluşturulan PAni filmler için elde edilen kaplama yükü değerleri değişimi

Şekilden de görülebileceği gibi, ilk katman olan PPy’ün elektropolimerizasyon süresi yani kalınlığı arttıkça, ikinci katman olan PAni’in elektropolimerizasyonu sırasında ölçülen kaplama yükü değeri azalmaktadır.

Ölçülen kaplama yükü değerlerinden yola çıkarak kalınlık hesaplarına geçecek olursak; aynı elektropolimerizasyon süresinde, PPy üzerinde ikinci katman olarak elde edilen PAni kalınlığının, tek başına ITO kaplı cam üzerine oluşturulan PAni’e göre daha ince bir film olarak oluştuğu sonucuna varırız.

Farklı kalınlıklı PPy üzerine ikinci katman olarak elde edilen PAni için hesaplanan kalınlıklar Tablo 3.5’te verilmektedir.

Tablo 3. 5. PPy üzerine elde edilen PAni için hesaplanan film kalınlıkları (ITO kaplı cam üzerine tek başına kaplanan PAni kalınlığı parantez içinde verilmektedir)

PPy Kalınlığı (µm)

0,012 0,028 0,041 0,063 0,077

PAni Elektropolimerizasyon Süresi (s) PPy Üstündeki PAni Kalınlığı (µm)

100 (0,210 µm) 0,196 0,190 0,174 0,170 0,160

200 (0,558 µm) 0,588 0,526 0,492 0,466 0,354

300 (1,074 µm) 1,076 0,998 0,964 0,872 0,818

400 (1,668 µm) 1,676 1,542 1,418 1,260 1,210

89

Tablo değerleri incelendiğinde, ilk katman olan PPy kalınlığının artışıyla, ikinci katman olarak daha ince bir PAni film elde edildiği görülmektedir. Örneğin, PAni için 300 s’lik elektropolimerizasyon süresini ele alacak olursak; ITO kaplı cam üzerine direkt olarak kaplanan PAni 1,074 µm kalınlıklı film oluştururken, aynı elektropolimerizasyon süresinde, 0,041 µm kalınlıklı PPy üzerine kaplanan PAni 0,964 µm kalınlıklı, 0,077 µm kalınlıklı PPy üzerine ise 0,818 µm kalınlıklı bir film oluşturabilmektedir. Değişimi grafiksel olarak inceleyecek olursak:

Şekil 3. 8. Farklı kalınlıklı PPy üzerinde oluşturulan PAni filmlerin kalınlıklarının kaplama süresine göre değişimi. Đç grafik 300 s’lik PAni’in kalınlık değişimini vermektedir

Şekil 3.8’den görülebileceği gibi, PAni Film kalınlığı kaplama süresiyle beraber artmaktadır, ancak, ilk katman olan PPy filminin kalınlığı arttıkça, ikinci katman olan PAni için aynı kaplama süresinde daha ince bir film elde edilebilmektedir (Şekil 3.8 iç grafik). Bu sonuca yol açan faktörler, ilk film katmanının morfolojisiyle ilişkili olduğundan, nedenleri bir sonraki bölümde tartışılacaktır.

90

3.2.2.2. PAni/PPy film kalınlıkları

Đkili kaplamaların diğer bir şekli olan, ilk katmanın polianilin üst katmanın polipirol olduğu durum için (PAni/PPy); ilk olarak PAni elektropolimerizasyon yöntemi ile ITO kaplı cam üzerine kaplanmış, sonrasında elde edilen filmin üzerine PPy kaplanmıştır. Polipirolün tek başına ITO kaplı cam üstüne kaplandığı durumda, elektropolimerizasyon süresince sistemden geçen kaplama yük miktarları Tablo 3.6’da verilmektedir.

Tablo 3. 6. ITO kaplı cam üzerine kaplanan PPy için elektropolimerizasyon süresince geçen yük miktarları

PPy EP süresi (s) Q (mC/cm2) 5 5,2 10 10,4 15 15,1 20 20,6 25 26

PAni/PPy ikili kaplamalarında, ilk katman olan PAni üzerine aynı elektropolimerizasyon süreleri için PPy kaplamaları yapıldığında ölçülen kaplama yükü değerleri ise Tablo 3.7 ile aşağıda verilmektedir.

Tablo 3. 7.Farklı kalınlıklı PAni üzerine kaplanan, farklı sürelerde oluşturulan PPy filmler için ölçülen kaplama yükleri

5s PPy (mC) 10s PPy (mC) 15s PPy (mC) 20s PPy (mC) 25s PPy (mC)

100s PAni 200s PAni 300s PAni 400s PAni 500s PAni 8,78 9,85 10,94 10,22 11,01 21,78 23,53 25,46 28,10 28,43 38,86 42,66 41,46 40,23 40,75 46,53 47,12 46,20 46,76 51,64 67,00 63,37 65,96 65,61 64,35

Değerler karşılaştırıldığında, ITO kaplı cam üzerine direkt olarak kaplanan PPy ile ilk katman olan PAni üzerine kaplanan PPy’ün aynı elektropolimerizasyon sürelerinde farklı yük değerleri ile kaplandığını görebiliriz.

Sonuçlar incelendiğinde; ITO kaplı cam üzerine ilk olarak PAni kaplanması, ikinci katman olarak kaplanan PPy’ün aynı elektropolimerizasyon süresinde daha yüksek yük miktarı ile ve dolayısıyla daha kalın bir film kalınlığı ile oluşmasına yol açmaktadır. Örneğin ITO kaplı cam üzerine tek başına 15 s boyunca kaplanan PPy için 15,1 mC’luk yük değeri ölçülürken, ilk katman olarak farklı kalınlıklarda PAni

91

kaplandıktan sonra aynı süre (15s) için PAni kaplandığında Tablo 3.8’deki sonuçlar elde edilmektedir:

Tablo 3. 8. Farklı kalınlıklı PAni üzerine 15 s PPy kaplamasıyla ölçülen yük miktarları

PAni Kaplama Süresi PPy Kaplama Yükü 100 s 200 s 300 s 400 s 500 s 38,86 mC 42,66 mC 41,46 mC 40,23 mC 40,75 mC

Tablo 3.7 ve Tablo 3.8 incelendiğinde; ikinci katman olan PPy için elektropolimerizasyon süresince geçen kaplama yükünün, ilk katman olan PAni’e bağlı olduğunu görebiliriz. Fakat PPy/PAni davranışının aksine elde edilen katmanlı yapıda, ikinci katman için aynı sürede geçen yük miktarı artmaktadır.

Şekil 3. 9. Farklı sürelerde kaplanan PAni üzeride oluşturulan PPy filmler için elde edilen kaplama yükü değerleri değişimi

Tablo değerlerinin yanı sıra, kaplama yüklerinin, ilk katman olan PAni kaplama süresine ve dolayısıyla kalınlığına göre değişimi incelenecek olursa; ilk katman olan PAni kalınlığının artması ile ikinci katman olan PPy kalınlığının aynı elektropolimerizasyon süresi için çok etkili olmadığını görmekteyiz. Yani, ilk

92

katman olan PAni hangi kalınlıkta olursa olsun, ikinci katman olan PPy’ün aynı elektropolimerizasyon süresinde yaklaşık olarak aynı yük miktarları ölçülmektedir. Bu kaplamalarda, ilk katman olarak PAni mevcudiyeti, daha kalın bir PPy katmanı elde etmek için yeterli olmakta fakat PAni katmanın kalınlığı ikinci katman olan PPy kalınlığını büyük oranda etkilememektedir.

Film elde etme sürecinde, elektropolimerizasyon boyunca geçen yük miktarlarının ölçülmesinin ardından, Faraday yasası yardımıyla ikinci katman olan PPy’ün hesaplanan kalınlıkları, ilk katman olan PAni’e göre Tablo 3.9’da verilmektedir. Tablo 3. 9. PAni üzerine elde edilen PPy için hesaplanan film kalınlıkları (ITO kaplı cam üzerine tek başına kaplanan PPy kalınlığı parantez içinde verilmektedir)

PAni Kalınlığı (µm)

0,21 0,558 1,074 1,668 2,34

PPy Elektropolimerizasyon Süresi (s) PAni üstündeki PPy kalınlığı (µm)

5 (0,012 µm) 0,018 0,020 0,022 0,020 0,022

10 (0,028 µm) 0,044 0,047 0,051 0,056 0,056

15 (0,041 µm) 0,078 0,085 0,083 0,080 0,082

20 (0,063 µm) 0,093 0,094 0,093 0,094 0,100

25 (0,077 µm) 0,140 0,130 0,130 0,130 0,130

Tablo değerleri incelendiğinde, ilk katman olan PAni’in, ikinci katman olarak üzerine kaplanan PPy’ü daha kalın bir film olarak elde etmemize neden olduğu görülmektedir. 15 s’lik PPy kaplamasını örnek verecek olursak: PPy ITO kaplı cam üzerine tek başına kaplandığında 0,041 µm kalınlığında bir film oluştururken, aynı PPy, ilk katman olarak kalınlığı 1,074 µm olan PAni üzerine kaplandığında 0,083

µm kalınlıklı bir film oluşturmaktadır ve film kalınlığında hemen hemen 2 kat artış olmaktadır. Bununla beraber, film kaplama yükleri incelenirken belirtildiği gibi, ilk katman olan PAni hangi kalınlıkta olursa olsun (incelenen çalışma aralığında), PPy hemen hemen aynı kalınlıkta meydana gelmektedir. Tablodaki değişimi grafiksel olarak inceleyecek olursak:

93

Şekil 3. 10. Farklı kalınlıklı PAni üzerinde oluşturulan PPy filmlerin Kalınlıklarının kaplama süresine göre değişimi. Đç grafik 15 s’lik PPy’ün kalınlık değişimini vermektedir

Şekil 3.10’dan görülebileceği gibi, PPy kalınlığı ilk katman olan PAni’in kalınlığından etkilenmemekle beraber, tek başına ITO üzerine kaplı duruma göre daha kalın bir film oluşmaktadır (Şekil 3.10 iç grafik).

PPy/PAni ikili kaplamalarında olduğu gibi, çalışmanın bu aşamasında PAni/PPy filmleri için elde edilen sonuçların nedenleri morfoloji kısmında tartışılacaktır.

94