شماره راهنما :
1443 دكتري
پديد آورنده :
عبادي، وحيد
عنوان :
بهبود خواص الكتروشيميايي- مكانيكي محرك‌هاي الكتروفعال نانوليفي بر پايه‌ي پليمرهاي رساناي ذاتي
گرايش تحصيلي :
تكنولوژي نساجي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
هفده، 252 ص، مصور، جدول نمودار
استاد راهنما :
داريوش سمناني، حسين فشندي
استاد مشاور :
بهزاد رضايي
توصيفگر ها :
محرك‌هاي نانوليفي , پليمرهاي رسانا , خواص الكتروشيميايي-مكانيكي , پلي پيرول , ماهيچه‌هاي مصنوعي
استاد داور :
علي اصفر انصافي، عبدالكريم حسيني، وحيد متقي طلب، مصطفي يوسفي
تاريخ ورود اطلاعات :
1398/06/30
رشته تحصيلي :
مهندسي نساجي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1398/06/31
چكيده فارسي :
چکیده این پژوهش با هدف توسعه دانش استفاده از ساختارهای نانولیفی ساخته شده از یک پلیمر رسانا در تولید محرکهای پلیمری و درک عمیق پدیدههای حاکم پایهریزی شده است مبنای انتخاب این رهنگاشت برخورداری ساختارهای نانولیفی از تخلخل و سطح مخصوص بسیار باال است که موجب میشود سطح به مراتب بیشتری در اختیار یونهای موجود در محیط واکنش و همچنین مولکولهای حالل قرار گیرد بنابراین انتظار بهبود عملکرد محرکهای الکتروشیمیایی را در ذهن تقویت مینماید در این مطالعه در ابتدا از طراحی آزمایش با روش رویه پاسخ با هدف رسیدن به نانوالیاف پلییورتان با کمترین قطر ممکن استفاده گردید با استفاده از شرایط بهینه نانوالیاف پلییورتان با قطر 122 نانومتر به دست آمد به منظور تولید محرک های نانولیفی از دو روش پلیمریزاسیون شیمیایی و پلیمریزاسیون الکتروشیمیایی جهت سنتز پلیمر رسانای پلیپیرول روی سطح نانوالیاف پلییورتان بهره گرفته شد همچنین اثر متغیرهای مختلف شامل غلظت واکنشدهندهها زمان فرآیند پلیمریزاسیون و دوپانت مورد اس تفاده در روش شیمیایی میزان بار الکتریکی مصرفی دمای پلیمریزاسیون حالل مورد استفاده و نوع دوپانت در پلیمریزاسیون الکتروشیمیایی روی خواص نهایی نانوالیاف تولیدی ازجمله مورفولوژی سطحی و خواص الکتریکی مورد بررسی قرار گرفت نتایج نشان داد که استفاده از دوپانت لیتیم بیس تری فلوئورو متان سولفون ایمید منجر به تولید نانوالیاف پلی یورتان پلی پیرول با کمترین مقاومت سطحی در هر دو روش شیمیایی و الکتروشیمیایی به ترتیب برابر با 4 7 و 7 7 میگردد همچنین نانوالیاف تولید شده بر مبنای پلیمریزاسیون الکتروشیمیایی با استفاده از حالل پروپیلن کربنات و دمای 31 1 C دارای کمترین مقاومت الکتریکی میباشد درنهایت پس از تولید نمونهها تحت شرایط و روشهای مختلف خواص الکتروشیمیایی و الکتروشیمیایی مکانیکی محرکهای خمشی تولیدی با استفاده از آزمایشات ولتامری چرخهای کولوولتامتری دیناموولتامتری و کولودینامیکی مورد بررسی قرار گرفت نتایج نشان داد که محرکهای تولیدی با دوپانتهای لیتیم بیس تری فلوئورو متان سولفون ایمید و لیتیم پرکلرات در محلول الکترولیت 1 1 موالر لیتیم پرکلرات با جابجاییهای زاویهای برابر با 161 و 18 درجه به ترتیب بیشترین و کمترین میزان تحریک خمشی را دارا میباشند همچنین مشاهده شد که اندازهیونهای محلول الکترولیت میتواند بهطورکلی ساز و کار تبادل یون یک پلیمر رسانا و درنهایت خواص تحریک محرک تولیدی را تحت تاثیر قرار دهد در یک ساز و کار تبادل یون مشخص استفاده از یونهای بزرگتر منجر به تحریک خمشی بیشتر محرک میگردد برای مثال استفاده از محلول الکترولیت لیتیم بیس تری فلوئورو متان سولفون ایمید درمقایسه با محلول لیتیم کلرید در یک دامنه پتانسیل یکسان جابجایی زاویهای محرک را از 13 درجه به بیش از 152 درجه افزایش داد محرک نانولیفی تولیدی درون محلول الکترولیت لیتیم بیس تری فلوئورو متان سولفون ایمید در یک سیکل در محدوده پتانسیلهای 8 1 تا 1 8 V یک جابجایی زاویهای قابل توجه 127 درجهای از خود به معرض نمایش گذاشت همچنین نتایج نشان داد که تحریک خمشی محرکهای نانولیفی تولیدشده در روش الکتروشیمیایی با بارهای مصرفی 1 2 1 3 1 4 و 1 5 کولن به ترتیب برابر با 84 351 191 و 522 درجه میباشد مقایسهی عملکرد محرک نانولیفی تولیدی با روشهای پلیمریزاسیون شیمیایی و الکتروشیمیایی نشان داد که تغییر زاویهی محرک تولیدی با استفاده از روش الکتروشیمیایی برابر با 581 درجه و بیشتر از تغییر زاویه محرک تولید شده با روش شیمیایی یعنی 18 درجه است محرکهای نانولیفی تولیدی با هر دو روش دارای رفتار فارادیک بوده و جابجایی زاویهای محرک تحت کنترل بار الکتریکی و سرعت آن تحت کنترل جریان الکتریکی اعمالی به محرک میباشد در این پژوهش پلیمریزاسیون دو مرحلهای پلیپیرول روی سطح نانوالیاف پلییورتان با هدف پوشش پلیمر رسانا روی سطح کل الیاف الیه با روش الکتروشیمیایی نیز مورد بررسی قرار گرفت محرک تولیدی با استفاده از این روش یک عملکرد قابل توجه با تغییر زاویه 155 درجه ای از خود نشان داد همچنین با هدف کاهش مشکل افت پتانسیل در طول محرکهای پلیمری از روش آبکاری الکتریکی مس به منظور فلزی کردن سطح نانوالیاف پلییورتان و در نتیجه برقراری اتصال سرتاسری در طول الیه محرک تولیدی استفاده گردید مقاومت سطحی نانوالیاف آبکاری شده با مس 1 7 به دست آمد که در مقایسه با نمونه با پوشش طال حدود 162 برابر کمتر است عملیات ایجاد اتصال سرتاسری در محرک نانولیفی با استفاده از فرآیند آبکاری مس منجر به بهبود عملکرد نهایی آن گردید کلمات کلیدی محرکهای نانولیفی پلیمرهای رسانا خواص الکتروشیمیایی مکانیکی پلی پیرول ماهیچههای مصنوعی
چكيده انگليسي :
252AbstractThis study is aimed at developing polymeric actuators using nanofibrous structures made ofconductive polymers and gaining insight into the associated phenomena and mechanisms Thisroadmap was created due to high specific surface area and porosity provided by the nanofibrousstructures both of which allow the ef cient diffusion of ions and in turn enhance the performance ofactuators In this study the design of experiments by using the response surface method was used tominimize the polyurethane nanofibers diameter By electrospinning under optimum conditions PUnanofibers with diameter of 221 nm were obtained The chemical and electrochemicalpolymerization methods were used to synthesis polypyrrole conductive polymer on the surface ofPU nanofibers The effect of different variables including the concentration of the reactants the timeof the polymerization process and the type of dopant in the chemical method as well as the amountof consumed charge the polymerization temperature the solvent and the type of dopant in theelectrochemical polymerization on the final properties of nanofibers were investigated The resultsindicated that using of lithium bis trifluoromethanesulfone imide dopant leads topolyurethane polypyrrole nanofibers with the lowest surface resistivity in both chemical andelectrochemical methods i e 7 39 and 7 68 respectively Also nanofibers produced using thepropylene carbonate as solvent at temperature of 30 0 C based on the electrochemicalpolymerization method exhibited the lowest surface resistivity Finally after the production ofsamples under different conditions and methods the electrochemical and electrochemo mechanicalproperties of the bending actuators were investigated using cyclic voltammetry coulo voltammetric dynamo voltammetric and coulo dynamic responses The nanofibrous actuators produced by usingthe lithium bis trifluoromethanesulfone imide and lithium perchlorate dopants showed the highestand lowest bending actuation with angular displacement of 80o and 160o respectively It was alsoobserved that the size of electrolyte ions can affect the ion exchange mechanism and the actuationproperties of actuators Using larger ions in a specific ion exchange mechanism results in greaterbending movements For example using lithium bis trifluoromethanesulfone imide electrolytesolution instead of lithium chloride in the same potential range increased the actuator bendingdisplacement from 31o to more than 250o Immersing in 0 1 M lithium bis trifluoromethanesulfone imide electrolyte solution the produced nanofibrous actuator showed a remarkable bendingdisplacement as high as 720 in a cycle potential ranging between 0 8 V and 0 8 V Also thenanofibrous actuators produced by the electrochemical polymerization method with consumedcharges of 2 0 3 0 4 0 and 5 0 C showed the total bending actuation of 48o 153o 190o and 225o respectively Comparison the performance of nanofibrous actuators indicated that the bendingmovement of sample produced by electrochemical method i e 185o is drastically greater than thatof sample produced by chemical method i e 80o The results also showed that regardless ofproduction method the produced actuators show a Faradaic behavior and their movement and speedare controlled by the consumed charges and the applied currents respectively In this study two stage polymerization of polypyrrole on the surface of polyurethane nanofibers was also investigatedwith the aim of coating the conductive polymer on the surface of entire fibers of electrospun layerby electrochemical method The actuator produced by this method showed a remarkably enhancedperformance with angular displacement of 550o Also with the aim of reducing the potential dropalong the length of actuators the copper electroplating method was used to metalize the surface ofpolyurethane nanofibres and providing an electrical contact along the entire length of the layer Thesurface resistivity of copper electroplated nanofibers was decreased to
استاد راهنما :
داريوش سمناني، حسين فشندي
استاد مشاور :
بهزاد رضايي
استاد داور :
علي اصفر انصافي، عبدالكريم حسيني، وحيد متقي طلب، مصطفي يوسفي
