توصيفگر ها :
پلي آنيلين , اكسيد گرافن احيا شده , منسوجات هوشمند , حسگر گاز آمونياك
چكيده فارسي :
چكيده
در ميان گازهاي مختلف آمونياك به عنوان يكي از مضرترين و فراوانترين آلايندههاي سمي شناخته ميشود. از اين رو، نظارت دقيق بر ميزان آمونياك موجود در محيط همواره به عنوان يك امر حياتي در مباحث ايمني در نظر گرفته ميشود. امروژه، توليد حسگرهاي پوشيدني گاز براي تشخيص سريع و انتخابي آمونياك در دماي اتاق بيش از پيش ضروري به نظر مي رسد. از اين رو اين پژوهش با هدف توسعه يك منسوج رسانا بر پايه پليمر رساناي پلي آنيلين (PANI) و نانوصفحات اكسيد گرافن احيا شده (rGO) به منظور استفاده به عنوان حسگر گاز آمونياك پايه ريزي شده است. در اين مطالعه در ابتدا نمونه هاي پارچه پنبه اي با اكسيد گرافن (GO) با استفاده از روش غوطه وري و خشك كردن پوشش دهي شد. به منظور احياي شيميايي اكسيد گرافن از احيا كننده سديم هيدروسولفيت بعد از پوشش دهي و احياي پودر اكسيد گرافن قبل از پوشش دهي توسط هيدرازين به عنوان دو روش متفاوت استفاده شد. پوشش دهي پليمر رساناي پلي آنيلين بر روي پارچه ها به روش پليمريزاسيون شيميايي درجا در دو سيكل متوالي انجام شد. نتايج آناليزهاي FTIR و XRD احياي موفق GO به RGO را تاييد كردند. همچنين تصاوير FESEM پوشش دهي پارچه هاي پنبه اي با پليمر PANI و نانوصفحات RGO را نشان دادند. نتايج بررسي ها نشان داد كه به دليل حذف گروه¬هاي عاملي اكسيژن دار پس از احياي GO ميزان زاويه تماس آب افزايش يافت. مقاومت سطحي پارچه هاي پوشش داده شده با نانوصفحات گرافني با افزايش تعداد سيكل پوشش دهي از 10 به 30 سيكل كاهش يافت به طوري كه مقاومت سطحي نمونه¬هاي حاوي RGO برابر Ω/sq 78/11± 3/835 به دست آمد. با پوشش دهي پلي آنيلين روي نمونه هاي پوشش داده با گرافن مقاومت سطحي نمونه ها به طور قابل توجهي كاهش يافت به طوري كه پس از 2 سيكل پوشش PANI، مقاومت سطحي تا Ω/sq 51/3± 3/253 كاهش يافت. خواص حسگري نمونه¬ها نشان داد كه زمان پاسخ نمونه PANI/RGO/CF با 5 سيكل پوشش¬دهي RGO، كوتاه¬تر از نمونه¬هاي RGO/CF، PANI/CF و PANI/RGO/CF با 10 سيكل پوشش¬دهي RGO و زمان بازيابي آن كوتاه¬تر از نمونه¬هاي PANI/CF و PANI/RGO/CF بود. حسگرهاي PANI/CF، PANI/RGO/CF با 5 سيكل پوشش¬دهي RGO و PANI/RGO/CF با 10 سيكل پوشش¬دهي RGO، پس از 10 سيكل قرار گرفتن در معرض گاز آمونياك و هوا پاسخ و بازيابي خود را حفظ كردند كه تكرار پذيري خوب حسگرها را تاييد مي كند. همچنين با افزايش غلظت گاز آمونياك پاسخ حسگرها افزايش يافت. همچنين پايداري پاسخ حسگرهاي PANI/CF و PANI/RGO/CF با 10 سيكل پوشش¬دهي RGO در طول 21 روز بررسي شد كه پس از يك كاهش اوليه نتايج نشان دهنده پايداري خوب حسگرها بود. به طور كلي نتايج بدست آمده نشان از قابليت بالاي پارچه هاي پوشش داده شده با نانوصفحات گرافني و پليمر رساناي پلي آنيلين براي توسعه حسگرهاي گاز آمونياك مي باشد.
چكيده انگليسي :
Abstract:
Among various gases, ammonia is recognized as one of the most harmful and abundant toxic pollutants. Hence, precise monitoring of ammonia levels in the environment is consistently considered vital in safety discussions. In the era of the Internet of Things (IoT), the production of wearable gas sensors for rapid and selective detection of ammonia at room temperature has become increasingly necessary. Accordingly, this research aims to develop a conductive textile based on polyaniline (PANI) conducting polymer and reduced graphene oxide (rGO) nanosheets for use as a miniaturized ammonia gas sensor. In this study, cotton fabric samples were coated with graphene oxide (GO) using a dip-coating and drying method. For graphene oxide reduction, two different methods were employed: chemical reduction using sodium hydrosulfite after coating, and reduction of graphene oxide powder before coating using hydrazine. The polymer coating of PANI was carried out on the fabrics through in-situ chemical polymerization in two consecutive cycles. The results of FTIR and XRD analyses confirmed the successful reduction of GO to rGO. Additionally, FESEM images revealed the coating of cotton fabrics with PANI and rGO nanosheets. The results indicated that due to the elimination of oxygen-containing functional groups after GO reduction, the water contact angle increased. The surface resistance of fabric coated with graphene nanosheets increased with the number of coating cycles up to 20 cycles, resulting in a surface resistance of 835.3 ± 11.78 Ω/sq. Upon PANI coating on graphene-coated samples, the surface resistance significantly decreased. After 2 PANI coating cycles, the surface resistance reached 253.3 ± 3.51 Ω/sq. The sensor properties demonstrated that the response time of PANI/RGO/CF samples with 5 cycles of RGO coating was shorter than that of RGO/CF, PANI/CF, and PANI/RGO/CF samples with 10 cycles of RGO coating, and its recovery time was shorter than PANI/CF and PANI/RGO/CF samples. PANI/CF, PANI/RGO/CF with 5 cycles of RGO coating, and PANI/RGO/CF with 10 cycles of RGO coating maintained their response and recovery after exposure to ammonia gas and air for 10 cycles, confirming the good repeatability of the sensors. Furthermore, with an increase in ammonia gas concentration, the sensor response increased. Additionally, the stability of PANI/CF and PANI/RGO/CF sensors with 10 cycles of RGO coating was evaluated over 21 days, showing good stability after an initial decrease. In conclusion, the results of this study highlight the high potential of graphene-coated fabric and polyaniline-conductive polymer for the development of wearable ammonia gas sensors.