عنوان :
بررسي نقش نانو صفحات گرافن و نوع پيش ماده در افزايش عملكرد ساختاري و الكتريكي نانو الياف كربني
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
توصيفگر ها :
الكتروريسي , نانو الياف , نانو صفحات گرافن , نانو الياف كربني , رسانايي الكتريكي
تاريخ ورود اطلاعات :
1402/04/06
رشته تحصيلي :
مهندسي نساجي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1402/04/06
كد ايرانداك :
3e463aca-265c-4e9b-8895-0e09d9dc620f
چكيده فارسي :
نانو الياف كامپوزيتي از مخلوط پليمر آكريليك نساجي و نانو صفحات گرافن (GNPs) با استفاده از فرآيند الكتروريسي توليد شدند. غلظت نانو صفحات گرافن از 0 الي wt%8 متغير در نظر گرفته شد. با افزايش غلظت نانو صفحات گرافن در محلول¬ها از 0 تا wt%2، افزايش قابل‌توجهي در مقادير گرانروي و هدايت الكتريكي حاصل شد. علاوه بر اين، با افزايش غلظت نانو صفحات گرافن از 0 به wt%4 ميانگين قطر نانو الياف از مقدار nm188±18 به nm123±16 كاهش يافت. نتايج خواص مكانيكي نانو الياف كامپوزيتي نشان داده كه استحكام كششي از مقدار MPa 23/0 ± 51/1 به MPa 45/1 ± 72/4 و ازدياد طول تا حد پارگي از % 18/4 ± 32/24 به % 81/5 ± 36/31 در نمونه¬هاي كامپوزيتي در مقايسه با نانو الياف آكريليك خالص افزايش‌يافته است. غلظت مناسب نانو صفحات گرافن براي توليد نانو الياف آكريليك با خواص مورفولوژيكي و مكانيكي بهتر در حدود wt%2 به دست آمد. همچنين در اين مطالعه، با استفاده از فرآيند الكتروريسي، نانو الياف كربني (CNFs) با استفاده از كو پليمر آكريليك ويژه (SPAN) و نانو صفحات گرافن توليد شدند و پس از اعمال مراحل تثبيت و كربنيزاسيون در دماي °C 900 تحت جو نيتروژن، نانو الياف كربني تهيه شدند. اثر غلظت نانو صفحات گرافن بر ويژگي‌هاي مورفولوژيكي و ساختاري نانو الياف كامپوزيتي SPAN/GNPs موردبررسي قرار گرفت. با افزايش غلظت نانو صفحات گرافن از 0 تا %wt 4، ظرافت و تبلور نانو الياف كامپوزيت افزايش يافت. همچنين، با افزايش غلظت نانو صفحات گرافن در محلول‌هاي SPAN/GNPs از 0 به %wt 4، ميانگين قطر نانو الياف از nm 78 ± 480 به nm 18 ± 174 كاهش يافت. تمامي نمونه‌هاي نانو الياف كربني كه در دماي °C 900 تهيه‌شده‌اند، داراي خواص مورفولوژيكي، ساختاري و الكتريكي قابل قبولي بودند. علاوه بر اين، ريزساختار نانو الياف كربني ويژه با تغيير غلظت نانو صفحات گرافن در نانو الياف كامپوزيتي قابل‌كنترل است. رسانايي الكتريكي نانو الياف كربني به‌دست‌آمده از نانو الياف خالص برابر با S/m 104 × 25/0 بود كه با افزايش غلظت نانو صفحات گرافن به %wt 4، به S/m 104 × 37/1 افزايش يافت. بنابراين، ساختار 2 بعدي منحصربه‌فرد نانو صفحات گرافن بسيار مناسب براي توسعه نانو الياف كربني رسانا با هزينه كم و دماي كمتر كربنيزاسيون است. در اين پژوهش، نشان داده شد كه با افزايش غلظت نانو صفحات گرافن در نانو الياف كامپوزيتي، خواص مورفولوژيكي و الكتريكي بهبود مي‌يابد و ريزساختار نانو الياف كربني مي‌تواند با تغيير غلظت نانو صفحات گرافن در نانو الياف كامپوزيتي كنترل شود.
چكيده انگليسي :
A composite nanofiber of acrylic textile polymer and graphene nanoplates (GNPs) was produced using the electrospinning process. The concentration of GNPs was considered variable ranged from 0 to 8 wt%. An increase in the concentration of GNPs from 0 to 2 wt% resulted in a significant increase in viscosity and electrical conductivity. Furthermore, with an increase in the concentration of GNPs from 0 to 4 wt%, the average diameter of the nanofibers decreased from 188 ± 18 nm to 123 ± 16 nm. The results of the mechanical properties of the composite nanofibers showed an increase in tensile strength from 23.0 ± 1.5 MPa to 45.1 ± 4.7 MPa and an increase in elongation at break from 18.4 ± 3.2% to 81.5 ± 3.6% in comparison with pure acrylic nanofibers. The optimal concentration of GNPs for the production of acrylic nanofibers with better morphological and mechanical properties was determined to be around 2 wt%. Additionally, in this study, carbon nanofibers (CNFs) were produced using a special polyacrylonitrile copolymer (SPAN) and graphene nanoplates (GNPs) via the electrospinning process, followed by stabilization and carbonization at 900 °C under nitrogen. The effect of GNPs concentration on the morphological and structural properties of the composite SPAN/GNPs nanofibers was investigated. An increase in the concentration of GNPs from 0 to 4 wt% resulted in an increase in the fineness and crystallinity of the composite nanofibers. Moreover, the average diameter of the nanofibers decreased from 480 ± 78 nm to 174 ± 18 nm with an increase in the concentration of GNPs from 0 to 4 wt%. All CNF samples produced at 900 °C had acceptable morphological, structural, and electrical properties. In addition, the microstructure of the SCNFs can be controlled by changing the concentration of GNPs in the composite nanofibers. The electrical conductivity of CNFs obtained from pure nanofibers was 0.25×104 S/m, which increased to 1.37×104 S/m with an increase in the concentration of GNPs to 4 wt%. Therefore, the unique 2D structure of GNPs is very suitable for developing low-cost and low-temperature carbonaceous conductive nanofibers. This study showed that an increase in the concentration of GNPs in composite nanofibers improves their morphological and electrical properties, and the microstructure of carbonaceous nanofibers can be controlled by changing the concentration of GNPs in the composite nanofibers.
استاد راهنما :
كميل نصوري
استاد داور :
حسين توانايي , مهدي بازرگاني پور
