خواص و کاربردهای نانوکامپوزیت های آلی- معدنی
مقدمه ای کامل و جامع و بسیار مناسب برای نوشتن پایان نامه 54 صفحه فایل word با فهرست مطالب، جدولها و شکلها و با رعایت تمام نکات نگارشی و با 54 رفرنس معتبر
اگر فایل خاصی مد نظر شماست بفرمائید تا در صورت امکان در سایت قرار گیرد.
payannameht@gmail.com
فایلهای مرتبط:
خواص ساختاری، الکتریکی و اپتیکی نانو کامپوزیتهای پلیمری نیمرسانای شفاف
1-1- مقدمه
نانوکامپوزیتهای آلی- معدنی، اغلب با ترکیب پلیمرهای مصنوعی با ذرات معدنی و یا با اضافه کردن نانوذرات اصلاح شده (NPs) به شبکه پلیمر بدست میآیند. تولید مواد نانوکامپوزیتی به دلیل خواص مکانیکی بهبود یافته و یا خواص اصلاح شده دیگر، مورد توجه قرار گرفته است. نانوکامپوزیتهای ساخته شده از نانوذرات معدنی و پلیمرهای آلی، نشان دهنده یک طبقه جدید از مواد هستند که عملکرد بهبود یافتهای در مقایسه با همتایان میکرو اندازه خود نشان میدهند [1]. از این رو، اصلاح سطحی نانوذرات معدنی، به دلیل یکنواختی بسیار خوب و سطح مشترک اصلاح شده بین نانوذرات و شبکه پلیمری، توجه زیادی را به خود جلب کرده است [2-5].
شبکههای پلیمری تقویت شده با نانوذرات معدنی، قابلیتهای شبکه پلیمر را که عبارتند از وزن کم و قابلیت شکل پذیری آسان، با ترکیبات منحصر به فردی از نانوذرات معدنی، ترکیب میکنند. نانوکامپوزیتهای بدست آمده از ترکیب این نوع مواد، میتواند منجر به بهبود عملکرد قطعات مختلف از جمله ارتقاء خواص نوری، مکانیکی، الکتریکی، مغناطیسی و ضدحریق شود [6 و 7]. با این حال، این نانوذرات به دنبال پراکندگی نامتقارن در قالب پلیمر، تمایل زیادی به ایجاد تراکم دارند، که کاهش دهنده خواص نوری و مکانیکی این نانوکامپوزیتها میباشد [8 و 9]. برای بهبود بخشیدن به پراکندگی متقارن نانوذرات در پوشش میانی یا شبکه پلیمر، لازم است که اصلاح سطحی ذرهای که با مولکولهای سطح پلیمر یا دیگر اصلاحکنندهها درگیر است، با ایجاد دافعهای قوی بین نانوذرات، صورت گیرد. مشکل دیگری که در نانوکامپوزیتها یافت میشود این است که مقاومت کمتری نسبت به ماده اولیه آلی در برابر ضربه دارد که صرفاً به خاطر سختی مواد معدنی است که مربوط به استفاده از افزایندههای الاستومر[1] به منظور افزایش سختی[2] کامپوزیتهاست[10]. احتمالاً نخستین نانوکامپوزیت پلیمر- معدنی (PINC) گزارش شده، نانوکامپوزیت پلیمر-Au بوده است که خواص نوری قابل توجهی از قبیل دورنگ نمایی از خود نشان داده است[11 و 12]. پس از استفاده از Au به عنوان یک نانو- فیلتر غیرآلی در PINC ها برای کاربردهای نوری، استفاده از سایر فلزات شامل Ag، Pt، Pd، Rh، Cu و Hg با پلیمرهای طبیعی برای کاربردهای اپتیکی مشابه امتحان شده است[12].
کلمه « نانوکامپوزیت » نخستین بار در مقالهای از مطبوعات پلیمری در سال 1990 ارائه شد، که بیانگر ماشینهای مجهز به قسمت هیبرید پلیمر- سفال بود که در شهرهای کوچک و مزارع رانده میشد. نانوکامپوزیتهای سفال- نایلون-6، به عنوان نخستین نمونه تجاری نانوکامپوزیتهای پلیمری در کاربردهای صنعت اتومبیل، برای پوششهای تسمه تایمینگ خودروهای تویوتا استفاده شده بود [13]. از آن به بعد نانوکامپوزیتهای پلیمری در فعالیتهای گوناگونی مانند تجزیه، مواد واکنشی میدانی[3] برای ابزار الکترونیک و اپتوالکترونیک، فاز ثابت برای تفکیک رنگ نگار، اجزاء هیبرید نیمه تراوای گرمایی و مقاوم در برابر آتش، و پوستههایی برای بسته بندی و پوشاندن غذا مورد استفاده قرار گرفت[14].
1-2- مواد پلیمری و پلیمرهای رسانا
1-2-1- معرفی مواد پلیمری
مواد پلیمری، مولکولهای بلندی هستند که از اتصال و به هم پیوستن هزاران واحد کوچک مولکولی موسوم به مونومر تشکیل شدهاند. البته بر خلاف تصور، تمامی این مواد ساخته دست بشر نیستند و بسیاری از آنها در طبیعت یافت میشوند و در حقیقت در اوایل قرن بیستم بود که توجه زیادی به ساخت مواد پلیمری مصنوعی جدید معطوف شد .در سال 1990 میلادی اولین پلیمر مصنوعی فرم آلدهید، موسوم به بالکیت ساخته و پس از آن موادی چون نایلون، پلی اتیلن و اکریلیک به دنیا عرضه شد.
پلیمرها از نظر تأثیرپذیری در برابر حرارت به دو دسته گرمانرمها (ترموپلاستیکها) و گرماسختها (ترموستها) تقسیم میشوند. گرمانرمها، پلیمرهایی هستند که در اثر گرم کردن، روان و ذوب میشوند، در حالی که گرماسختها، پلیمرهایی هستند که در اثر گرما ذوب نمیشوند، بلکه در دماهای بسیار بالا به صورت برگشت ناپذیری تجزیه میشوند. نوع دیگر پلیمرها، الاستومرها هستند که دارای خواص ویسکو الاستیک هستند و منشاء این پدیده گره خوردگی زنجیرهها در هم است [17]. نتیجه حاصل از بررسی انواع مختلف پلیمرها مشخص میکند که هر سه گروه مذکور داری مقاومت شیمیایی بسیار بالا در برابر اسیدهای معدنی بوده و تقریباً همه آنها در مقابل تابش اشعه UV، مخصوصاً تابش نور خورشید، بسیار حساس هستند. ترموپلاستیکها با توجه به خواص مکانیکی و شیمیایی مناسب، در بسیاری کاربردهای صنعتی نظیر لولهها و تجهیزات انتقال، تجهیزات الکتریکی، پوششها، اتصالات نظایر آن استفاده میشوند. ترموستها برخلاف ترموپلاستیکها دارای مقاومت خوردگی پایینی هستند و در نتیجه استفاده از آنها در صنایع محدود به ساخت لولهها، شیرها، پمپها، ظروف، پوششهای محفاظ، عایقکاری، چسبندهها و غیره میشود. الاستومرها نیز به عنوان مواد پوشش مخازن، تانکها و لولهها استفاده شده و از نظر شیمیایی در مقابل اسیدهای معدنی رقیق، قلیاها و نمکها مقاوم هستند. در ادامه به بررسی بعضی از انواع پلیمرها خواهیم پرداخت:
1-2-1-1- پلی وینیل الکل (PVA) :
پلی وینیل الکل (PVA)، یک پلیمر پلی هیدروکسی است که بیشترین حجم تولید رزین مصنوعی، از نوع محلول در آب است که در جهان تولید می شود. PVA به صورت تجاری از هیدرولیز پلی وینیل استات تولید میشود. زیرا وینیل الکل مونومر، نمیتواند با درجه خلوص و هیدرولیز بالا تبدیل به پلی وینیل الکل شود.
پلی وینیل الکل اولین بار از طریق افزودن آلکیل به محلول شفاف الکلی پلی وینیل استات، کشف شده که پلی وینیل الکل به رنگ عاجی بدست آمده است. پایداری شیمیایی و خواص فیزیکی بسیار خوب رزینهای PVA، کاربرد آن را در مصارف صنعتی موجب شده است. این پلیمر یک چسبنده بسیار خوب و دارای خواص حلالیت، روانسازی و مقاومت در برابر چربی می باشد که نظیر خواص آن در تعداد کمی از پلیمرهای دیگر وجود دارد. ورقههای نازک پلی وینیل الکل تحت شرایط خشک و بدون رطوبت مقاومت فوق العادهای نسبت به پلمیرهای دیگر در برابر کشش و پایداری خوبی در برابر سایش و توان مقاومت بالایی در برابر اکسیژن از خود نشان میدهد. همچنین کشش سطحی پایین پلیمر PVA خواص ....
فهرست مطالب
فصل اول: خواص و کاربردهای نانوکامپوزیتهای آلی- معدنی 1
1-2: مواد پلیمری و پلیمرهای رسانا 2
1-2-1-1: پلی وینیل الکل (PVA) 5
1-2-1-2: پلی اتیلن ترفتالات (PET) 7
1-2-1-3: پلی وینیل پرولیدون (PVP) 8
1-2-1-4: اسید سیتریک (Citric acid) 9
1-2-2-1: پلی آنیلین (PANI) ..15
1-4: معرفی و دسته بندی کامپوزیتهای آلی- معدنی.. 17
1-4-1-1: سنتز، خواص و کاربردهای نانوذرات معدنی منتخب... 18
1-4-1-2: اصلاح سطحی نانوذرات معدنی.. 18
1-4-1-2-1: روشهای شیمیایی.. 18
1-4-1-2-2: پیوندزنی پلیمرهای مصنوعی.. 23
1-4-1-2-3: روش های دیگر اصلاح سطح.. 24
1-4-2: مواد نانوکامپوزیت آلی- معدنی.. 25
1-4-2-1-2: پلیمریزاسیون در محل.. 27
1-4-2-1-3-1: اختلاط محلولی.. 28
1-4-2-1-3-2: اختلاط سوسپانسیون یا امولسیون.. 29
1-5: کاربردهای نانوکامپوزیتهای آلی- معدنی.. 31
1-6: نانوذرات اکسید رسانای شفاف.. 33
1-7: پوششهای آینه حرارتی برای پنجرههای محافظ انرژی.. 38
مراجع. 46
فهرست جدولها
جدول 1-1: دمای نقطه ذوب (Tm) و شیشهای شدن (Tg) پلیمرهای ترموپلاستیک مختلف[30]. 10
جدول 1-2: برخی از خواص مواد ترموپلاستیک... 11
جدول 1-3: سنتز، خواص، و کاربردهای نانوذرات معدن.. 20
جدول 1-4: کاربردهای بالقوه نانوکامپوزیتهای آلی-معدنی.. 32
فهرست شکلها
شکل 1-1: طبقه بندی مواد پلیمری.. 3
شکل 1-2: پلیمریزاسیون تراکمی.. 4
شکل 1-3: ساختار شیمیایی واحد تکرار PET 7
شکل 1-4: معادله تغییرات اکسیداسیون و احیا در پلیمر رسانا 12
شکل 1-5: ساختار برخی پلیمرهای رسانا 13
شکل 1-6: مقایسه رسانایی پلیمرهای رسانا با مواد مختلف... 15
شکل 1-7: پلی آنیلین.. 15
شکل 1-8: اصلاح یک نانوذره با 3-متاکریلکسی پروپیل تری متوکسی سیلان.. 22
شکل 1-9: پیوندزنی شیمیایی ارگانوسیلان هابر سطح نانوذرات TiO2........ 23
شکل 1-11: فرایند سل-ژل.. 26
شکل 1-12: مثالهای شماتیک برای تهیه نانوکامپوزیت PVA/TiO2................. 30
شکل 1-13: ترکیب ذوبی برای تهیه نانوکامپوزیتها. 31
شکل 1-14: تصاویر بدست آمده از (a, b): SEM، (c): TEM و (d): HRTEM از نانوذرات In2O3 35
شکل 1-15: نمونه تصاویر SEM ، TEM و HRTEM از نانوسیمهای مختلف... 36
شکل 1-16: (a, b): تصاویر SEM، (c-e): TEM و (f): HRTEM از خواص ساختاری و مورفولوژی نانو سیمهای Fe3O4 36
شکل 1-17: تصویر SEMاز نانو سیم های اکسید قلع SnO2. 37
شکل 1-18: تصاویری از آرایه های هیدروترمال نانو سیم ZnO رشد یافته بر روی فویل Zn. 37
شکل 1-19: شار انرژی دو طیف خورشیدی با دو طیف جسم سیاه 39
شکل 1-20: عبور و بازتاب طبیعی از یک شیشه تخت نوعی.. 40
شکل 1-21: عبور در تابش قائم از فیلم پلی استر. 40
شکل 1-22: عبور در تابش قائم از فیلم پلی وینیل فلوئوراید. 40
شکل1-23: رابطه ضخامت، مقاومت ورق، و مقاومت لایه نازک SnO2: F در شیشه سودالیم. 42
شکل 1-24: چند پوشش از لایه نشانی SnO2 روی شیشه. 43
شکل 1-25: انتقال 5/7 درصد SnO2 ، 5/92 درصد In2O3 روی بسترهای پلیمری.. . 44
شکل 1-26: بازتاب مادون قرمز یکپارچه برای فیلم های نازک فلزی از ضخامت های مختلف. 44
شکل 1-27: فیلمهای تجربی Al2O3/metal بر روی پلی استر. 45
شکل 1-28: نمونه آینه حرارتی با استفاده از TiO2 اورکت شده با فیلم طلا بر روی پلی استر.. 45
خواص و کاربردهای نانوکامپوزیتهای آلی- معدنی