19022

16503

كارشناسي ارشد

الياف

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1402

شش، 52ص. : مصور، جدول، نمودار

1402/08/21

كتابنامه

مهندسي نساجي

مهندسي نساجي

1402/08/21

2983412

نانومواد هيبريدي محصولاتي هستند كه با مخلوط كردن مواد (آلي و غير آلي) توليد مي‌شوند و ممكن است داراي ويژگي هم افزايي باشند. پلي وينيل الكل يك ماده آلي است كه به واسطه آبدوستي، زيست تخريب پذيري، غير سمي بودن و پايداري بالا مي‌تواند به عنوان بستر در توليد نانومواد هيبريدي مورد استفاده قرار گيرد. بارگذاري اكسيد گرافن در بسترهاي پليمري، منجر به افزايش استحكام كششي و مدول يانگ مي‌شود. اكسيد مس نيز با توجه به ويژگي ضد باكتري قدرتمند، يكي از مواد افزودني به بسترهاي پليمري است كه عموما در زمينه‌هاي زيستي (پزشكي و دارويي) كاربرد دارد. در اين پژوهش امكان توليد نانوماده هيبريدي پلي وينيل الكل حاوي اكسيد گرافن و نانوذرات اكسيد مس به روش الكتروريسي مورد بررسي قرار گرفت. نتايج حاصل از سعي و خطاهاي اوليه نشان داد كه نانوالياف پلي وينيل الكل خالص، حالت روباني شكلي به خود مي‌گيرند. بررسي‌هاي بيشتر به منظور امكان سنجي الكتروريسي پلي وينيل الكل حاوي اكسيد گرافن و نانوذرات اكسيد مس انجام شد. نتايج نشان داد كه در ولتاژ 5/12 كيلوولت، فاصله 25 سانتي متر و نرخ تغذيه 3 ميلي ليتر بر ساعت، با اضافه كردن اكسيد گرافن و اكسيد مس، امكان الكتروريسي وجود دارد و نانوالياف نيز دوباره حالت روباني به خود مي‌گيرند. بررسي‌ها نشان داد كه حداكثر درصدهاي وزني – وزني قابل بارگذاري از اكسيد گرافن و اكسيد مس (نسبت به وزن خشك پلي وينيل الكل در محلول) به ترتيب 5% و 2% بوده است. بارگذاري بيشتر از 5% اكسيد گرافن با افزايش شديد گرانروري همراه بود و بارگذاري بيشتر از 2% اكسيد مس نيز با وقوع ته‌نشيني همراه مي‌شد و در هر دو حالت امكان الكتروريسي مناسب وجود نداشت. در نهايت براي بررسي كلي اين نانوماده هيبريدي، 12 محلول پلي وينيل الكل (10% وزني – حجمي) حاوي درصدهاي متفاوتي از اكسيد گرافن (1، 3 و 5 %) و نانوذرات اكسيد مس (1 و 2%) تهيه و الكتروريسي شدند. نتايج نشان داد كه بارگذاري همزمان اكسيد گرافن و اكسيد مس منجر به كاهش عرض نانوالياف الكتروريسي شده روباني شكل مي‌شود. كمترين عرض بدست آمده از نانوالياف الكتروريسي شده، مربوط به نمونه‌هايي است كه بيشترين درصد اكسيد گرافن و اكسيد مس در آنها بارگذاري شده است. بطور كلي، عرض نانوالياف الكتروريسي شده در محدوده 160 تا 300 نانومتر است. لازم به ذكر است كه براي بررسي تاثير عامل‌هاي مهم محلول‌ الكتروريسي شامل گرانروري، كشش سطحي و هدايت الكتريكي، مقادير اين عامل‌ها براي هر 12 محلول الكتروريسي بدست آمد. نتاج بدست آمده از اين بخش نشان داد كه در اين 12 محلول الكتروريسي، با اضافه كردن همزمان اكسيد گرافن و اكسيد مس به محلول پلي وينيل الكل، گرانروي كاهش و هدايت الكتريكي افزايش مي يابد و عرض نانوالياف نيز كاهش مي يابد. اين همان روندي است كه در نانوالياف الكتروريسي شده با سطح مقطع دايره اي وجود دارد. لازم به ذكر است كه تاثير اين دو عامل بر عرض نانوالياف روباني الكتروريسي شده بر تاثير كشش سطحي غلبه دارد. نتايج بدست آمده از اين بخش همچنين نشان داد كه با اضافه شدن همزمان اكسيد گرافن و اكسيد مس، گرانروي محلول حداقل 6% و حداكثر 23% كاهش و هدايت الكتريكي حداقل 5/9% و حداكثر 45% افزايش مي‌يابد. لازم به ذكر است كه با اضافه شدن جداگانه 3% اكسيد گرافن و 2% اكسيد مس به محلول‌هاي پلي وينيل الكل، هدايت الكتريكي در هر حالت 8/3% افزايش مي يابد، اما با اضافه شدن همزمان اين دو افزودني با همين درصد‌ها، هدايت الكتريكي محلول الكتروريسي 32% افزايش يافته است. اين نتيجه نشان دهنده وجود اثر هم افزايي خواص در اثر بارگذاري همزمان اكسيد گرافن و اكسيد مس است. آناليز طيف سنجي تبديل فوريه فروسرخ و پراش اشعه ايكس انجام شد. طيف سنجي تبديل فوريه فروسرخ نشان داد كه پيك شاخصي ايجاد يا حذف نشده و حتي پيك‌هاي شاخص پلي وينيل الكل نيز بطور قابل توجهي جابجا نشده اند. اين بدين معناست كه هيچ گونه واكنش شيميايي يا برهم كنشي قابل توجهي بين اكسيد مس و اكسيد گرافن با پلي وينيل الكل شكل نگرفته است. نتايج پراش پرتو ايكس نشان داد ساختار بلورين اكسيد گرافن در نانوالياف پلي وينيل الكل - اكسيد گرافن حفظ نگرديده است. همچنين مشاهده شد كه اكسيد گرافن باعث به هم ريختن نسبي ساختار پلي وينيل الكل شد. اما بر خلاف اكسيد گرافن، بارگذاري اكسيد مس در بستر نانوليفي پلي وينيل الكل، پيك شاخص و ضعيف پلي وينيل الكل در 2θ=20° در مجاورت اكسيد مس حفظ گرديده است.

Hybrid nanomaterials are prepared by mixing (organic and inorganic) materials. The mixture may show synergistic effects. Polyvinyl alcohol is an organic material that can be used in the production of hybrid nanomaterials. Thanks to its hydrophilicity, biodegradability, non-toxicity and high stability, this polymer has become a suitable choice for various applications. However, this polymer may need modification or mixing to make it suitable for many applications. Graphene oxide is one of the most widely used additives in hybrid nanomaterials. The loading of graphene oxide in the polyvinyl alcohol substrate leads to an increase in tensile strength, Young's modulus and thermal stability. Copper oxide has become an important choice in biological, medical and pharmaceutical applications due to its powerful antibacterial properties.In this research, the possibility of electrospinning polyvinyl alcohol nanofibers loaded with graphene oxide and copper oxide nanoparticles was investigated. Microscopic analysis showed that pure polyvinyl alcohol nanofibers took a ribbon shape. It was shown that voltage played the most important role in determining the morphology of the electrospun nanofibers. The optimum electrospinning conditions were voltage: 15 kV, distance: 25 cm and feeding rate:3 ml/hour. Polyvinyl alcohol – graphene oxide nanofibers showed also a ribbon-shaped structure. The maximum loading capacity of polyvinyl alcohol for graphene oxide and copper oxide was 5% and 2% w/w (relative to the dry weight of polyvinyl alcohol), respectively. Then the important factors of electrospinning solution (viscosity, surface tension and electrical conductivity) of these solutions were also measured. Then, it was investigated what effects loading of copper oxide alone or simultaneously with graphene oxide has on the width and factors of the electrospinning solution. After examining these factors due to the loading of different percentages of graphene oxide and copper oxide, nanofiber width graphs were drawn in relation to electrospinning solution factors to show what effect each of these factors had on the width of electrospun nanofibers. In the end, the state of chemical changes of polyvinyl alcohol and the changes in the crystalline structure of these nanofibers due to the addition of graphene oxide and copper oxide were investigated by infrared Fourier transform spectroscopy analysis and X-ray diffraction (XRD). FTIR results show that PVA peaks are not shifted. This means that chemical interaction between copper oxide and graphene oxide with polyvinyl alcohol has not been formed. Failure to add or remove a peak also indicates that the chemical reaction did not occur (or if it did, it overlapped with the current peaks). The XRD results showed that the crystalline structure of graphene oxide was not preserved in polyvinyl alcohol-graphene oxide nanofibers. It was also observed that graphene oxide causes partial disintegration of the semi-crystalline structure of polyvinyl alcohol. However, unlike graphene oxide, by loading copper oxide in polyvinyl alcohol nanofibrous substrate, the weak peak of polyvinyl alcohol at 2θ=20° is preserved. In the simultaneous loading of graphene oxide and copper oxide in the polyvinyl alcohol substrate, the effect of graphene oxide on the crystalline structure dominates the effect of copper oxide on the crystal structure.

حسين توانايي

مهدي بازرگاني پور

كميل نصوري , فرزانه علي حسيني