توصيفگر ها :
منسوجات رسانا , منسوجات گرمايش الكتريكي , مقاومت سطحي , اكسيد گرافن احيا شده , پلي آنيلين
چكيده فارسي :
ساخت منسوجات رساناي الكتريكي با استفاده از مواد رسانا، يكي از گام‌هاي حياتي براي دستيابي به منسوجات الكتروگرمايي است. در ميان مواد رسانا، اكسيد گرافن احيا شده، مشتقي از گرافن، به دليل وجود گروه‌هاي عاملي حاوي اكسيژن باقيمانده در سطح آن، به سادگي مي¬تواند روي مواد ديگر پوشش داده شود. علاوه بر اين، مي‌توان آن را از طريق برهمكنش واندروالس به سطح منسوجات چسباند و به منسوجات رسانايي الكتريكي و خواص الكتروگرمايي مطلوبي داد. همچنين، پليمرهاي رسانا به دليل وزن سبك، آماده‌سازي آسان و رسانايي خوب، به¬ عنوان يكي از مواد رساناي كاربردي در نظر گرفته مي‌شوند. پلي آنيلين به دليل خواص مطلوبي مانند پايداري حرارتي و شيميايي، جرم مخصوص كم، قابليت كنترل و رسانايي بالا يكي از كاربردي‌ترين پليمرهاي رسانا مي¬باشد. در تحقيق حاضر، برخي از خواص پارچه پنبه¬اي (CF) پوشش داده شده با اكسيد گرافن احيا شده (RGO) و پلي آنيلين (PANI) و تركيب آن دو مورد بررسي قرار گرفت. بدين منظور، ابتدا CF توسط اكسيد گرافن (GO) با استفاده از روش غوطه ¬وري و خشك كردن در 10 سيكل پوشش دهي شد و فرايند احياي شيميايي توسط سديم هيدروسولفيت انجام شد. پوشش¬ دهي PANI بر روي CF نيز به روش پليمريزاسيون شيميايي درجا با سه سيكل تكرار انجام شد و تاثير سيكل¬هاي پوشش دهي PANI روي خواص رسانايي الكتريكي بررسي شد. به منظور بهبود عملكرد الكتريكي و الكتروگرمايي، نمونه¬هاي RGO/CF با استفاده از PANI در تعداد سيكل متفاوت (1-3) مشابه با روش پوشش دهي نمونه¬هاي PANI/CF پوشش¬ دهي شد. آناليزهاي FTIR و رامان احياي موفق GO به RGO را تاييد كردند. بعد از احياي GO ميزان زاويه تماس آب از "01/115±12/2 °" به "91/121± 70/2°" به دليل حذف گروه¬هاي عاملي اكسيژن دار افزايش يافت. در آناليز SEM، مرفولوژي چروك خورده و موج دار در نمونه¬ RGO/CF به وضوح قابل تشخيص بود و در نمونه¬ PANI/CF يك لايه متراكم از پليمر سطح پارچه را پوشش داد كه ميزان پليمر رسوب كرده در اين حالت بيشتر از نمونه PANI/RGO/CF مي¬باشد. نتايج نفوذ پذيري هوا با نتايج ضخامت مطابقت داشت، به طوريكه نمونه¬هاي با ضخامت بالاتر، به دليل تجمع بيشتر ذرات، قابليت گذردهي هواي كمتري داشتند. در نمونه PANI/RGO/CF با 3 سيكل پوشش PANI، ميزان تغييرات ضخامت و نفوذ پذيري هوا به ترتيب برابر با 49/48% و "49/39±15/0 " "ml" ⁄("sec." 〖"cm" 〗^"2" ) " " بود، كه كمترين قابليت گذردهي هوا در بين نمونه¬ها را دارا بود. پوشش دهي PANI بر سطح RGO/CF منجر به بهبود پايداري حرارتي شد، به طوريكه در نمونه¬هاي PANI/RGO/CF با 3 سيكل پوشش PANI، وزن باقيمانده در دماي "498 ℃" برابر با "70/32 wt.%" بود كه بسيار بيشتر از وزن باقيمانده در نمونه¬هاي RGO/CF "(73/1 wt.%)" بود. پوشش دهي همزمان PANI و RGO روي سطح CF، به طور چشمگيري رسانايي را بهبود بخشيد. نمونه¬ RGO/CFبا 10 سيكل پوشش دهي، داراي مقاومت سطحي "98/38±86/3 ΚΩ " 〖"square" 〗^"1-" بود، به طوريكه نمونه PANI/RGO/CF با 2 سيكل پوشش PANI، با مقاومت سطحي "40/1±72/0 ΚΩ " 〖"square" 〗^"1-" كمترين ميزان مقاومت سطحي را داشت و طبق قانون ژول، مقاومت كمتر منجر به انرژي گرمايي بالاتر و دماي بالاتر شد. اين نمونه تحت ولتاژ 24 ولت به دماي حالت پايدار "8/68 ℃" رسيد. تاثير ولتاژ اعمالي و كشش بر خواص الكتروگرمايي نمونه¬ها بررسي شد، نتايج نشان داد طبق قانون ژول، افزايش ولتاژ منجر به افزايش توان گرمايش شد. همچنين با اعمال 15% كشش در نمونه¬ها به دليل بهبود اتصال ورقه¬هاي RGO و ذرات PANI ميزان مقاومت الكتريكي در نمونه¬ها كاهش پيدا كرد و در نتيجه توان گرمايش و دما افزايش يافت. در نمونه PANI/RGO/CF با 2 سيكل پوشش PANI، دماي حالت پايدار بعد از اعمال كشش تحت ولتاژ 24 ولت به "1/92 ℃" رسيد. مقاومت سطحي نمونه RGO/CF بعد از 4 سيكل شستشو به "76/50±60/11 " 〖"ΚΩ square" 〗^"1-" افزايش يافت و نمونه¬هاي پوشش داده شده با PANI بعد از فرايند ري دوپ، افزايش مقاومت سطحي كمي را نسبت به قبل از شستشو نشان دادند.
چكيده انگليسي :
Manufacturing electrically conductive textiles using conductive materials is one of the vital steps to achieve electrothermal textiles. Among conductive materials, reduced graphene oxide can be easily coated on textiles and give the textiles excellent electrical conductivity and electrothermal properties. Also, conductive polymers are considered as promising conductive materials due to their light weight, easy preparation and good conductivity. In the present study, some properties of cotton fabric (CF) coated with reduced graphene oxide (RGO) and polyaniline (PANI) and their combination were studied. For this purpose, the CF was first coated by graphene oxide (GO) using the dipping-drying method in 10 cycles, and the chemical reduction process was carried out by sodium hydrosulfite. PANI coating on CF was also performed by in-situ chemical polymerization method with three repeating cycles, and the effect of PANI coating cycles on electrical conductivity properties was studied. In order to improve electrical and electrothermal performance, RGO/CF samples were coated using PANI in different cycle numbers (1-3) similar to PANI/CF samples. FTIR and Raman analyzes confirmed the successful reduction of GO to RGO. After the reduction of GO, the contact angle increased from "115.01±2.12 °" to "121.91±2.70 °" due to the removal of oxygenated functional groups. In the SEM analysis, the wrinkled and wavy morphology in the RGO/CF sample was clearly recognizable, and in the PANI/CF sample, a dense layer of polymer covered the surface of the fabric, and the amount of deposited polymer in this case is more than that of the PANI/RGO/CF sample. The air permeability results were corresponded to the thickness results, so that the samples with higher thickness had lower air permeability due to more accumulation of particles. In the PANI/RGO/CF sample with 3 cycles of PANI coating, the amount of changes in thickness and air permeability were 48.49% and "39.49±0.15 " "ml" ⁄("sec." 〖"cm" 〗^"2" ), respectively, which had the lowest air permeability among the samples. PANI coating on RGO/CF surface improved thermal stability, so that in PANI/RGO/CF samples with 3 PANI coating cycles, the residual weight at 498 °C was "32.70 wt.%" , which was much higher than the residual weight in RGO/CF samples ("1.73 wt.%" ). The simultaneous coating of PANI and RGO on the CF surface significantly improved the conductivity. RGO/CF sample with 10 coating cycles had surface resistance of "38.98±3.86 ΚΩ " 〖"square" 〗^"-1" , so that PANI/RGO/CF sample with 2 cycles PANI coating with surface resistance of "1.40±0.72 ΚΩ " 〖"square" 〗^"-1" had the lowest surface resistance and according to Joule's law, lower resistance led to higher thermal energy and higher temperature. This sample reached a steady state temperature of 68.8 ℃ under a voltage of 24 V. The effect of applied voltage and strain on the electrothermal properties of the samples was studied, the results showed that according to Joule's law, the increase in voltage led to an increase in the heating power. Also, by applying 15% strain in the samples, due to the improvement of the connection of RGO sheets and PANI particles, the electrical resistance in the samples decreased and as a result, the heating power and temperature increased. In the PANI/RGO/CF sample with 2 cycles of PANI coating, the steady state temperature reached to 92.1 ℃ after applying strain under 24 V voltage. The surface resistance of the RGO/CF sample after 4 washing cycles increased to "50.76±11.60 ΚΩ " 〖"square" 〗^"-1" . PANI coated samples showed a slight increase in surface resistance after re-doping compared to before washing.
