DEVELOPMENT OF NOVEL POLY(VINY ALCOHOL)/GRAPHENE NANOCOMPOSITES
Date
2022-03-01
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
The aim of this study was to develop nanocomposites by electrospinning with poly
(vinyl alcohol) (PVA) and the forms of graphene, reduced graphene oxide (rGO) and
Chemical Vapor Deposited (CVD)-grown monolayer graphene, in order to use them
in possible applications such as packaging, electrical, thermal and tissue engineering.
For this purpose, 2 major different approaches were utilized. First approach was
electrospinning of PVA and rGO blend with different rGO contents (0.5 and 1 wt
%), while the second approach was electrospinning of PVA solution onto a CVD grown monolayer graphene. After crosslinking of the nanocomposites, the common
characterizations were done by thickness and contact angle (CA) measurements;
scanning electron microscopy (SEM), mechanical property and thermogravimetric
(TGA) analyses; PBS absorption and shrinkage tests, in vitro degradation and
electrical conductivity measurements. Besides, chemical examinations were done via
Fourier Transmission Infrared Spectroscopy (FTIR) analyses, crystallinity
observations were done with X-ray Diffraction (XRD) and water vapor transmission
rate (WVTR) analyses for PVA/rGO nanocomposites while optical microscopy and
Raman analyses were performed for PVA electrospun CVD-grown monolayer
graphene nanocomposites. The highest fiber diameter belonged to electrospun
PVA+0.5 wt% rGO (~388 nm) nanocomposites whereas the lowest fiber diameter
was measured for the electrospun PVA mats (~340 nm). On the other hand, the
highest electrical conductivity was recorded as ~11 μS.cm-1 for electrospun PVA+1.0
wt% rGO. Additionally cell-material interactions were observed with MG-63
osteosarcoma cell-line. At the end, it was suggested that electrospun PVA+1.0 wt%
rGO nanocomposites were highly suitable candidates to be used in possible
applications.
Description
POLİ(VİNİL ALKOL)/GRAFEN NANOKOMPOZİTLERİN
GELİŞTİRİLMESİ
ÖZ: Çalışmanın amacı, polivinil alkol (PVA) ve grafenin formlarından indirgenmiş grafen oksit (rGO) ve kimyasal buharla biriktirilmiş (CVD) tek tabaka grafenin elektroeğirilmesiyle olası uygulamalarda (paketleme, elektriksel, termal ve doku mühendisliği) kullanılmak üzere yeni nanokompozitlerin elde edilmesidir. Bu amaç doğrultusunda iki farklı yöntem kullanılmıştır. Bunlardan ilki satın alınan PVA ve farklı yüzdelerdeki (ağırlıkça % 0.5 ve 1) rGO karışımının elektroeğirilmesiyken, diğeri PVA’nın CVD tek tabaka grafene elektroeğirilmesidir. Elde edilen nanokompozitlerin UV ışını ile çapraz bağlanmasının ardından, her iki tip malzemenin karakterizasyon özelliklerinin belirlenmesi; kalınlık, iletkenlik ve yüzey temas açısı (CA) ölçümleri, taramalı elektron mikroskobu (SEM), termogravimetrik (TGA) ve su, mekanik ve degredasyon (bozunma) testleri ve PBS şişme ve büzüşme davranış tayinleri ile yapılmıştır. Bunun yanı sıra rGO/PVA nanokompozitlerinin kimyasal kompozisyonları Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektrofotometre (FTIR), kristal yapıdaki değişim X-ışını Kırınım (XRD) ile incelenmiş ek olarak su buharı geçirgenlik analizleri (WVTR) yapılmış; PVA elektroğrilmiş CVD tek tabaka grafen nanokompozitleri için ayrıca optik mikroskop ve Raman analizleri yapılmıştır. Bu analizler sonucunda, en yüksek fiber çapı ~340 nm ile elektroeğirilmiş %0.5 rGO+PVA nanokompozitleri için ölçülürken, en yüksek elektrik iletkenlik değeri elektroeğirilmiş % 1.0 rGO+PVA nanokompozitleri için ~11 μS.cm-1 olarak bulunmuştur. Bu analizlere ek olarak, hazırlanan nanokompozitlerin hücre-materyal etkileşimleri MG-63 hücre hattı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Tüm bu analizlerin sonucunda % 1.0 rGO+PVA tipi nanokompozitin olası uygulamalarda (paketleme, elektriksel, termal ve doku mühendisliği) kullanmak üzere oldukça uygun ve yararlı bir malzeme olduğu anlaşılmıştır.
ÖZ: Çalışmanın amacı, polivinil alkol (PVA) ve grafenin formlarından indirgenmiş grafen oksit (rGO) ve kimyasal buharla biriktirilmiş (CVD) tek tabaka grafenin elektroeğirilmesiyle olası uygulamalarda (paketleme, elektriksel, termal ve doku mühendisliği) kullanılmak üzere yeni nanokompozitlerin elde edilmesidir. Bu amaç doğrultusunda iki farklı yöntem kullanılmıştır. Bunlardan ilki satın alınan PVA ve farklı yüzdelerdeki (ağırlıkça % 0.5 ve 1) rGO karışımının elektroeğirilmesiyken, diğeri PVA’nın CVD tek tabaka grafene elektroeğirilmesidir. Elde edilen nanokompozitlerin UV ışını ile çapraz bağlanmasının ardından, her iki tip malzemenin karakterizasyon özelliklerinin belirlenmesi; kalınlık, iletkenlik ve yüzey temas açısı (CA) ölçümleri, taramalı elektron mikroskobu (SEM), termogravimetrik (TGA) ve su, mekanik ve degredasyon (bozunma) testleri ve PBS şişme ve büzüşme davranış tayinleri ile yapılmıştır. Bunun yanı sıra rGO/PVA nanokompozitlerinin kimyasal kompozisyonları Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektrofotometre (FTIR), kristal yapıdaki değişim X-ışını Kırınım (XRD) ile incelenmiş ek olarak su buharı geçirgenlik analizleri (WVTR) yapılmış; PVA elektroğrilmiş CVD tek tabaka grafen nanokompozitleri için ayrıca optik mikroskop ve Raman analizleri yapılmıştır. Bu analizler sonucunda, en yüksek fiber çapı ~340 nm ile elektroeğirilmiş %0.5 rGO+PVA nanokompozitleri için ölçülürken, en yüksek elektrik iletkenlik değeri elektroeğirilmiş % 1.0 rGO+PVA nanokompozitleri için ~11 μS.cm-1 olarak bulunmuştur. Bu analizlere ek olarak, hazırlanan nanokompozitlerin hücre-materyal etkileşimleri MG-63 hücre hattı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Tüm bu analizlerin sonucunda % 1.0 rGO+PVA tipi nanokompozitin olası uygulamalarda (paketleme, elektriksel, termal ve doku mühendisliği) kullanmak üzere oldukça uygun ve yararlı bir malzeme olduğu anlaşılmıştır.
Keywords
metallurgical and materials engineering