عنوان پایان‌نامه
تهیه و بررسی پایداری حرارتی و نوری پلی آنیلین حاوی نانو مواد کربنی
- رشته تحصیلی
- مهندسی پلیمر
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1836.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 79857;کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1836.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 79857
- تاریخ دفاع
- ۲۴ بهمن ۱۳۹۵
- دانشجو
- محسن خدادادی یزدی
- استاد راهنما
- قدرت الله هاشمی مطلق
- چکیده
- در این رساله تغییر خواص نانوکامپوزیت های پلی آنیلین/ نانومواد کربنی در اثر پیری حرارتی و نوری بررسی شده است. همچنین اثر این نانومواد بر بسپارش آنیلین و خواص نانوکامپوزیت های بدست آمده مورد ارزیابی قرار گرفته است. نانومواد کربنی مورد نظر در این رساله نانولوله های کربنی چندجداره، گرافن و گرافن اکسید بوده اند. بررسی بسپارش آنیلین در محفظه بی دررو نشان داد که حضور نانومواد کربنی بر روی سینتیک و مکانیزم فرایند بسپارش نیز تاثیر می گذارند. حضور نانولوله های کربنی سبب کاهش انتالپی بسپارش آنیلین شده در حالی که بازدهی بسپارش را حدود 10% افزایش می دهند. با توجه به نتایج بدست آمده از آزمایشات مختلف، مکانیزم بسپارش آنیلین در حضور این نانوذرات اصلاح شده است. این نانومواد بر روی رسانایی الکتریکی و بلورینگی پلی آنیلین نیز تاثیر می گذارند. نتایج فرایند پیری حرارتی برای پلی آنیلین در دماهای 70، 80، 90 و 100 درجه سانتیگراد نشان دادند که عمده ترین تغییر صورت گرفته پس از فرایند پیری حرارتی، تخریب ساختارهای پلارون در اثر خروج مولکول های دوپه کننده و کاهش اندازه دانک های رسانا بوده است. نتایج پیری حرارتی در 90 درجه سانتیگراد برای نانوکامپوزیت های پلی آنیلین/نانومواد کربنی نشان دهنده افزایش زمان مشخصه فرایند پیری حرارتی در حضور این نانوذرات می باشند؛ افزایش درصد جرمی این نانومواد نیز سبب افزایش زمان مشخصه شده است. جلوگیری از خروج مولکول های دوپه کننده، جلوگیری از کاهش بلورینگی و رسانایی ذاتی نانومواد استفاده شده، از عوامل موثر بر این پدیده بوده اند. از طرف دیگر پیری حرارتی نانوذرات پلی آنیلین دوپه شده با دودسیل بنزن سولفونیک اسید (DBSA) در دمای 90 درجه نشان داد که دوپه کننده های با جرم مولکولی بالاتر سبب افزایش زمان مشخصه فرایند پیری حرارتی پلی آنیلین می شوند و حضور نانومواد کربنی نیز سبب بهبود فرایند پیری حرارتی آنها می شود. لذا برای کاهش افت رسانایی پلی آنیلین در اثر فرایند پیری حرارتی، بایستی از دوپه کننده های با جرم مولکولی بالاتر در حضور نانوذرات کربنی به ویژه گرافن اکسید استفاده نمود. بر اساس نتایج بدست آمده از آزمایشات پیری حرارتی، استفاده از دوپه کننده DBSA به همراه نانوذرات گرافن اکسید می تواند بهترین پایداری حرارتی را ایجاد نماید. آزمایشات پیری نوری پلی آنیلین و نانوکامپوزیت های آن توسط نور فرابنفش دارای طول موج 250 nm و شدت 12 mW/cm2 و در دمای محیط انجام شدند. نتایج آزمایشات انجام شده نشان دهنده افزایش مقاومت صفحه ای فیلم های نازک پلی آنیلین و پلی آنیلین/ نانولوله های کربنی با زمان بوده که شدت افزایش مقاومت برای فیلم های پلی آنیلین خالص بیشتر است. کاهش رسانایی الکتریکی برای پودرهای پلی آنیلین و نانوکامپوزیت های آن نیز مشاهده شد و همچنین مشاهده شد که شدت کاهش رسانایی برای پلی آنیلین خالص بیشتر می باشد. بررسی ساختار شیمیایی پلی آنیلین پس از فرایند پیری نوری نشان داد که در اثر نور فرابنفش ساختارهای جدیدی مانند پیوندهای HC?C و ساختارهای شبه فنازین در بسپار به وجود آمده و ضمنا برخی زنجیره ها شکسته شده اند. در نانوکامپوزیت های پلی آنیلین/نانومواد کربنی، حضور نانولول های کربنی و گرافن نیز اثر اندکی داشته و نتوانسته به صورت چشمگیری از تخریب نوری نانوکامپوزیت های پل آنیلین جلوگیری نماید.
- Abstract
- In this dissertation, the change in the properties of PANI/carbon nanomaterials nanocomposites exposed to thermal aging and UV aging have been investigated. Besides, the effects of these nanomaterials on polymerization of aniline and properties of the obtained nanocomposites is studied. The obtained results showed that carbon nanomaterials affect both mechanism and kinetic of the polymerization reaction. The enthalpy of the polymerization decrease with the weight percent of MWCNTs. But, the polymerization yield increase about 10% in the presence of MWCNTs. According to the obtained results, a new modified mechanism was proposed for aniline in the presence of MWCNTs. Carbon nanomaterials also affect on electrical conductivity and crystallization of PANI nanocomposites. Obtained results for thermal aging at 70, 80, 90, 100 °C showed that the most prominent change of the PANI was the destruction of polaron structures due to de-doping and shrinkage of conductive grains of PANI. For PANI/MWCNTs, PANI/TRGO, PANI/GO nanocomposites, the thermal aging experiments were carried out at 90 °C. The obtained results show that carbon nanomaterials incorporation increase the characteristic time of the thermal aging process. Furthermore, increasing the weight percent of nanomaterials also increased the characteristic time. Barrier effect to dopant molecules which retards dedoping, increasing the crystallinity and preventing crystallinity loss during aging process, and intrinsic conductivity of these nanomaterials are the contributing mechanisms for improvement of characteristic time during thermal aging process. Thermal aging of DBSA-doped PANI and PANI nanocomposites showed that higher molecular weight dopants increase the characteristic time of the aging process. Besides, carbon nanomaterials also improve the thermal aging characteristics of DBSA-doped PANI nanocomposites. UV aging of PANI and PANI/nanomaterials nanocomposites were carried out using ultraviolet radiation with a wavelength of 250 nm and intensity of 12 mW/cm2 at the environmental condition. The obtained results showed that the sheet resistance of UV-aged PANI thin films and PANI/MWCNTs nanocomposite thin films increase with aging time; but sheet resistance increase more for PANI thin films. A similar phenomenon was also observed for PANI and PANI nanocomposites powder. Study of chemical structure of PANI after UV aging showed that new HC?C bands and phenazine-type structures are created; besides, some chain scission and crosslinking are also probable. The presence of carbon nanomaterials has a minor effect and could not prevent the structural changes significantly. Keywords: Polyaniline (PANI), nanocomposites, carbon nanotube, graphene, graphene oxide, thermal aging, UV aging, electrical conductivity
