Mekanik karakterizasyon, bir malzemenin çeşitli fiziksel kuvvetler (çekme, basma, bükme, darbe) altındaki davranışını inceler. Altın nanoparçacıklarının kompozitin yapısal bütünlüğünü nasıl etkilediğini bu testlerle anlarız.
Amaç: Malzemenin çekme kuvveti altında ne kadar dayandığını, ne kadar esnediğini ve ne zaman koptuğunu belirlemek. Bu testten üç temel bilgi elde edilir:
Young Modülü (Elastisite Modülü): Malzemenin sertliği veya rijitliği.
Çekme Dayanımı: Malzemenin kopmadan dayanabildiği maksimum gerilim.
Kırılma Uzaması: Malzemenin kopana kadar yüzde kaç oranında uzadığı (esnekliği).
Nasıl Çalışır? Standart boyutlarda (genellikle halter şeklinde) hazırlanan kompozit numune, bir cihaz tarafından iki ucundan yavaş ve sabit bir hızla, kopana kadar çekilir. Cihaz, bu süreç boyunca uygulanan kuvveti ve numunedeki uzamayı sürekli olarak kaydeder.
Ne Söyler? AuNP'lerin eklenmesi, genellikle malzemenin Young modülünü ve çekme dayanımını artırırken, esnekliğini bir miktar azaltabilir. Test sonuçları, nanoparçacıkların polimer matris ile ne kadar iyi etkileşime girdiğini ve yükü ne kadar verimli bir şekilde dağıttığını gösterir.
Amaç: Malzemenin yüzeyinin mikro/nano ölçekteki sertliğini ve elastikiyetini ölçmek. Bu, özellikle ince filmler ve kaplamalar için kritik bir testtir.
Nasıl Çalışır? Elmas gibi ultra sert ve sivri bir uç, kompozitin yüzeyine hassas ve kontrollü bir yükle bastırılır ve geri çekilir. Bu sırada ucun malzemeye ne kadar girdiği (batma derinliği) anlık olarak ölçülür. Elde edilen yük-derinlik eğrisi, malzemenin sertliğini (hardness) ve elastisite modülünü hesaplamak için kullanılır.
Ne Söyler? Bu test, AuNP'lerin matrisin sertliğini lokal olarak ne kadar artırdığını doğrudan gösterir. Parçacıkların homojen dağılıp dağılmadığı hakkında da fikir verir; yüzeyin farklı noktalarından alınan ölçümlerin tutarlılığı, dağılımın kalitesini yansıtır.
Amaç: Malzemenin sıcaklığa bağlı olarak viskoelastik davranışını (hem katı gibi elastik hem de sıvı gibi viskoz davranışını) incelemek. Özellikle polimer kompozitler için hayati bir testtir.
Nasıl Çalışır? Numuneye küçük, salınan bir kuvvet uygulanır ve malzeme sıcaklığı kontrollü bir şekilde artırılır. Cihaz, malzemenin bu salınıma nasıl tepki verdiğini, yani ne kadar enerji depoladığını (Depolama Modülü, E') ve ne kadar enerji kaybettiğini (Kayıp Modülü, E'') ölçer.
Ne Söyler? Depolama modülü, malzemenin sertliği hakkında bilgi verir. Bu testin en önemli çıktılarından biri Cam Geçiş Sıcaklığı (Tg?)'dır. Bu, polimerin sert, camsı halden daha yumuşak, kauçuksı bir hale geçtiği sıcaklıktır. AuNP'ler genellikle polimer zincirlerinin hareketini kısıtlayarak Tg?'yi yükseltir, bu da kompozitin daha yüksek sıcaklıklarda mekanik özelliklerini koruyabildiği anlamına gelir.
Elektronik karakterizasyon, malzemenin elektrik akımına veya bir elektrik alanına nasıl tepki verdiğini inceler. Bu, özellikle sensörler, esnek elektronikler ve EMI kalkanlama gibi uygulamalar için kritiktir.
Amaç: Kompozit filmin veya katmanın elektriksel iletkenliğini veya tam tersi olan özdirencini hassas bir şekilde ölçmek.
Nasıl Çalışır? Yüzeye, aynı hizada bulunan dört adet prob (iğne) temas ettirilir. Dıştaki iki probdan bilinen bir akım geçirilirken, içteki iki prob arasındaki voltaj farkı (potansiyel fark) ölçülür. Bu değerler kullanılarak malzemenin yüzey direnci hesaplanır.
Ne Söyler? Altın mükemmel bir iletkendir. Bu test, kompozite eklenen AuNP'lerin, yalıtkan polimer matris içinde ne kadar etkili bir iletken ağ oluşturduğunu gösterir. AuNP konsantrasyonu arttıkça, "perkolasyon eşiği" adı verilen kritik bir noktada iletkenliğin aniden milyonlarca kat arttığı gözlemlenir.
Amaç: Malzemenin farklı frekanslardaki alternatif akıma (AC) karşı gösterdiği tepkiyi incelemek. Bu test, malzemenin hem yalıtkan (kapasitif) hem de iletken (rezistif) özellikleri hakkında detaylı bilgi verir.
Nasıl Çalışır? Kompozit numune, iki elektrot arasına yerleştirilir ve üzerine geniş bir frekans aralığında alternatif bir voltaj uygulanır. Cihaz, her frekansta malzemenin empedansını (AC akımına karşı toplam direncini) ve faz açısını ölçer.
Ne Söyler? Bu testten dielektrik sabiti ve dielektrik kaybı gibi önemli parametreler elde edilir. Dielektrik sabiti, malzemenin ne kadar elektriksel enerji depolayabildiğini gösterir. AuNP'lerin eklenmesi, kompozitin dielektrik özelliklerini önemli ölçüde değiştirir. Bu bilgi, malzemenin kapasitör, sensör veya yüksek frekanslı elektronik bileşenlerde nasıl performans göstereceğini anlamak için hayati önem taşır.
Sonuç: Mekanik ve elektronik karakterizasyon, birer pusula gibi, nano altın takviyeli kompozitlerin geliştirme sürecine yön verir. Bu testler olmadan, bir malzemenin potansiyeli sadece bir tahminden ibaret kalır. Çekme testinden empedans spektroskopisine kadar her bir analiz, malzemenin atomik düzeyde başlayan özelliklerinin, makro dünyada nasıl bir performansa dönüştüğünü bilimsel bir kesinlikle ortaya koyar. Bu bilgiler ışığında, araştırmacılar ve mühendisler, geleceğin daha güçlü, daha dayanıklı ve daha akıllı elektronik cihazlarını güvenle tasarlayabilirler.
