İletken tekstiller ilk olarak Levi’s ve Philips markalarının iş birliği vasıtasıyla ortaya çıkmıştır. İletken tekstiller çalışma alanı, akıllı tekstiller sınıfına giren, çeşitli düzeylerde elektriksel iletkenliğe sahip, lif, iplik ve kumaş gibi tekstil yapılarına verilen isimdir. İletken tekstiller, elektronik cihazlarda bulunmayan esneklik, hava/su buharı geçirgenliği, yıkanabilme, eğiliğip/bükülebilme gibi avantajlara sahip olan kumaşlardır. Sunduğu avantajlar dolayısıyla iletken tekstiller, son yıllarda dikkat çeken araştırma konulardan birisi haline gelmiştir.
İletken tekstiller, en yaygın olarak askeri ve tıp alanında elektrokardiyografi (EKG) ölçen giysiler, kumaş yapılarına sensörlerin yerleştirilmesiyle kalp atışlarının izlenmesi ve fizyoterapi uygulamalarında, elektromanyetik kalkanlama, toz ve bakteri önleme, statik yük boşaltma, görüntüleme, bilgi transferi sağlama, süperkapasitörler, enerji depolama/boşaltma gibi alanlarda kullanılmaktadır. Sadece bu alanlarla sınırlı kalmayıp, teknolojik cihazların hayatımızda önemli bir parça haline gelmesiyle birlikte mp3 çalar ya da cep telefonu entegre edilmiş kıyafetler, tişörtlere yerleştirilebilen GPS aygıtı, tehlikeli çevre koşullarında uyarı verebilen kıyafetler ve dokunmatik ekranlı giysiler gibi sosyal alanlarda da kullanılabilmektedir.
Elektronik tekstillerde kullanılan malzemeler ve seçilen bu malzemelerin mekanik özellikleri, kolay işlenebilir olmaları, maliyeti, iyi ve stabil elektriksel performans, esneklik, yıkanabilirlik, su buharı/hava geçirgenliği gibi özelliklerle kullanıcı kişiye konforlu hissettirme vb. tekstil ürünlerinden beklenen performansları yerine getirebilmesi, çevreci olma, insan sağlığına zarar vermeme gibi önemli parametrelere sahip olması gerekmektedir.
Tekstil ürünlerine elektriksel olarak iletken özellik kazandırmak için kullanılan malzemeler ve uygulanan yöntemler oldukça çeşitlilik göstermektedir. Bu yöntem ve malzemelerin kendilerine göre avantaj ve dezavantajları bulunmaktadır.
Tekstil Ürünlerine İletken Özellik Kazandırmak İçin Uygulanan Başlıca Yöntemler
Tekstil materyaline elektriksel olarak iletken özellik kazandırılması için kullanılan bazı yöntemler şunlardır:
- Metalik tel veya liflerin kullanılması,
- Konvansiyonel bir iplik ile metal bir telin büküm ile birleştirilmesi,
- Özlü iplik üretim prosesinde isteğe bağlı olarak öz (çekirdek) veya mantoda (kılıf) metal tel kullanılması,
- Bikomponent iplik yapılarıyla iletken özellikli iplik elde edilmesi,
- Lif çekilecek polimer çözeltisi içerisine iletken polimer ilave ederek, eriyikten ya da yaş lif çekimi yöntemiyle iplik elde edilmesi,
- İyon impilantasyonu ile liflerin metallerle kaplanması (lif yapısının modifiye edilmesi),
- İletken özellik içeren çözeltilerin daldırma-kurutma yöntemi kullanılarak kumaşlara aplike edilmesi,
- Emdirme/çektirme yöntemleri ile iletken madde içeren çözeltinin kumaşa aplikasyonu,
Tekstil Ürünlerine İletken Özellik Kazandırmak İçin Kullanılan Başlıca Materyaller
Tekstil ürünlerine (lif, iplik, kumaş vb.) elektriksel olarak iletken özelliğin kazandırılması için kullanılan bazı materyaller incelenmiştir.
Karbon lifleri
Yüksek mukavemet ve üstün rijidite özellikleri gösteren karbon lifleri 1963 yılında keşfedilmiş ancak ticari üretimine 1968 yılında başlanmıştır. Karbon lifleri, poliakrilonitril liflerinden, katran tortusu ve ziftten, bitkisel esaslı hammaddelerden elde edilebilmektedir. Katran esaslı karbon liflerinin elektriksel iletkenliği bakırdan 3 kat daha fazladır. Karbon liflerinin özellikleri elde edildiği hammaddeye veya üretim şekline bağlı olarak farklılıklar göstermektedir. Başlıca kullanım alanları, savunma amaçlı giysiler, uzay araçları, otomobil sektörü, medikal kullanımlar vb.dir. Edison, pamuk ve bambu lifinden ürettiği karbon liflerinin elektrik ampullerinde kullanılabileceğini 1879 yılında aldığı patentte göstermiştir.
Karbon nanotüpler (CNT)
Bir karbon allotropu olan karbon nanotüplerin (CNT) (Şekil 1.4) bilinen en önemli özellikleri, yüksek elastisite modülüne sahip olması (binlerce defa deforme edilsede eski haline dönebilir), çok hafif olması ve özellikle yoğunluk açısından bakıldığında çelikten çok daha dayanıklı olmasıdır. Yüzey alanları çok geniştir (1 gramı 500 m2 yer kaplar). Tek duvarlı veya mukavemeti arttırmak amacıyla üst üste sarılarak çift duvarlı olarak üretilebilmektedir. Bakır kablolardan 10 kat daha iyi elektriği ilettiği bilinmektedir.
Şekil 1.4. Karbon nanotüp (CNT)
Pedot (Poli(3,4-etilendioksitiofen)
Poli(3,4-etilendioksitiofen) (Pedot), kendinden iletken özelliğe sahip bir polimer olarak bilinmektedir. Kimyasal olarak polimerize edilmiş Pedot, ilk olarak 1988 yılında keşfedilmiştir. Pedot, monomer 3,4-etilenedioksitiofen (edot) ‘in oksidatif polimerizasyonu ile hazırlanabilmektedir. İlk ticari uygulaması, şeffaf ve iletken filmler yapılabilmesi nedeniyle fotografik filmlerde antistatik tabaka olmuştur. Bilinen metallere göre daha düşük iletkenliğe sahip olmasına rağmen, kolay işlenebilirlikleri, esnek olmaları ve düşük sıcaklıkta kuruyabilmeleri gibi avantajları nedeniyle kendineson yıllarda bir araştırma alanı bulmasına rağmen, düşük stabilize özelliği nedeniyle ticarileşememiştir.
Polipirol (PPy)
Önemli iletken polimerlerden birisi olan polipirol, kimyasal veya elektrokimyasal yöntemlerle sentezlenebilmektedir. Son yıllarda polipirol ile ilgili biçok çalışma yapılmasının nedenleri arasında üretiminin nispeten kolay olması ve kimyasal stabilizasyon yeteneğinin iyi olmasından kaynaklanmaktadır. Polipirol tekstil ürünlerinde statik elektriğe duyarlı ortamlar için yardımcı olarak kullanılabilmektedir.
Polianilin (PANI)
Polianilin, anilin siyahı olarak bilinmektedir. Kimyasal veya elektrokimyasal yöntemlerle sentezlenebilmektedir. Üretiminin basit olması, iletkenlik özelliğinin iyi olması gibi olumlu özelliklerinin yanında işlenmesinin zor olması ve mekanik özelliklerinin düşük olması gibi olumsuz özellikleri de bulunmaktadır. Ayrıca anilin monomerinin toksik özellikli olduğu bilinmektedir. Tekstil ürünlerine elektriksel iletkenlik özelliğinin kazandırılması amacıyla genellikle in-sitü polimerizasyonu yöntemi kullanılmaktadır.
Grafen
Grafen, önemli karbon allotroplarından biri olup 2 boyutlu bir yapıya sahiptir. Bu iki boyutlu yapısından dolayı iyi derecede kimyasal, termal, optik ve mekanik özellikler göstermektedir. Sahip olduğu bu özelliklerinden dolayı, enerji depolama ve dönüştürme, sensörler gibi birçok uygulamada umut verici bir malzeme haline gelmiştir. Grafen, grafitin tek katmanlı halidir ve sp2 hibritlenmiş karbon atomlarının oluşturduğu hegzagonal petek kristal örgüsüne sahiptir. Grafen; grafit, elmas, karbon nanotüpler ve fulleren gibi bir karbon yapısıdır. Günümüzde Hummer’s yöntemi olarak da bilinen teknikle grafit çeşitli oksitleyici malzemelerle işleme tabi tutularak grafit oksit elde edilmektedir. Tek veya birkaç katmanlı grafit oksit yapıları grafen oksit (GO) olarak adlandırılmaktadır. Grafen oksit (GO) ise bir grafen türevi olup; çok sayıda hidrofilik grup sayısına sahiptir.
İndirgeme işlemi
GO ile yapılan çalışmalarda, GO belirlenen yöntemlerle tekstil yapılarına uygulanmakta ve ardından indirgeme işlemi gerçekleştirilerek GO, rGO’ya dönüştürülmektedir. Bunun nedeni, GO aplike edilen tekstil materyallerinin elektriksel iletkenlik değerleri işlem görmemiş kumaşlarla yakın değerler göstermektedir. Ayrıca, GO’nun iletkenlik açısından kararlı bir yapı sergilemediği bilinmektedir. GO yapısında birçok oksijen ihtiva eden gruplar (epoksi, hidroksil, karboksilik ve karbonil) bulundurmaktadır. Elektriksel iletkenlik özelliklerinin geliştirilebilmesi için oksijen içeren grupların yapıdan uzaklaştırılması gerekmekte ve bu nedenle indirgeme işlemi yapılmaktadır. Ancak rGO’nun çözelti içinde dağılması zordur ve oksijen içeren fonksiyonel gruplarının çıkarılmasından dolayı topaklanma ve çökme eğilimi göstermektedir. Bu nedenle çalışmalarda, daha iyi elektriksel iletkenlik değerleri elde edebilmek amacıyla çalışmalarda indirgeme işlemi gerçekleştirilmektedir.
T.C.
SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
TEKSTİL MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI
Özgü ÖZEN
Danışman: Doç. Dr. Demet YILMAZ
ISPARTA – 2020