شماره مدرك :
19842
شماره راهنما :
17138
پديد آورنده :
كرمي هوماني، كامياب
عنوان :

توليد پارچه‌هاي رسانا/ مغناطيسي چندمنظوره با روش سنتز درجا نانوساختارهاي كامپوزيتي MWCNTs-COOH/ Fe3O4

مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
شيمي نساجي و علوم الياف
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع :
1403
صفحه شمار :
چهارده، 84ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
نانوساختار , مگنتايت , لايه نشاني پارچه , پارچه رسانا , نانولوله‌هاي چند ديواره , پارچه مغناطيسي
تاريخ ورود اطلاعات :
1403/07/30
كتابنامه :
كتابنامه
رشته تحصيلي :
مهندسي نساجي
دانشكده :
مهندسي نساجي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1403/07/30
كد ايرانداك :
23078043
چكيده فارسي :
نانوذرات مگنتايت (Fe3O4) به دليل داشتن خواص منحصربه‌فردي همچون خاصيت فراپارامغناطيس، سازگاري زيستي، جذب امواج و سادگي سنتز در كاربردهاي متنوعي همچون حسگرها، گرمادرماني، دارورساني و ذخيره داده استفاده مي‌شوند. يكي ديگر از نانوساختار هاي بسيار پركاربرد، نانولوله‌هاي كربني چندديواره (MWCNTs) هستند. اين مواد با خواص منحصربه‌فرد مانند رسانايي خوب، مقاومت در برابر شعله و استحكام كششي براي كاربردهايي نظير پزشكي، حسگرها و فيلترها قابل استفاده هستند. در سال¬هاي اخير، سنتز نانوساختارهاي Fe3O4/MWCNTs با خواص مطلوب الكتريكي-مغناطيسي يكي از حوزه¬هاي پژوهش هايي جديد به شمار مي¬رود. در اين پژوهش، نانولوله‌هاي كربني چندديواره عامل دارشده با كربوكسيل اسيد (MWCNT-COOH) و نانوذرات مگنتايت به‌صورت سنتز درجا نه‌تنها با يكديگر يك نانوساختار جديد را تشكيل داده‌اند، بلكه به‌صورت درجا برروي پارچه حلقوي نايلون لايه نشاني شدند. حضور يك بستر پارچه‌اي حلقوي باعث شده تا كاربردهاي منحصربه‌فردي نيز به پارچه نهايي افزوده شود. به‌منظور مشخصه يابي و بررسي اثر مقدار نسبت وزني مواد بر خواص پارچه نهايي، لايه نشاني بر روي پارچه با نسبت‌هاي وزني مختلف نمك‌هاي آهن به نانولوله‌هاي كربني چندديواره به ترتيب 1:1، 2:1، 4:1، 6:1 و 8:1 انجام شدند و مورفولوژي ، آناليز شيميايي، ريزساختار، هدايت الكتريكي، خواص مغناطيسي، خواص مقاومت در برابر شعله، خواص گرمانوري و ضدباكتري مطالعه شدند. نتايج FESEM و مورفولوژي نشان داد كه افزايش مقدار نمك‌هاي آهن بر مورفولوژي تأثير دارد و تا نسبت 2 لايه‌اي، نسبت 4 و 6 تركيب لايه و ذرات و نسبت 8 نيز مجدد لايه‌اي است؛ همچنين نانوذرات مگنتايت باعث جوش خوردگي نانولوله‌هاي كربني شدند. اين تغييرات مورفولوژي در خواص مغناطيسي پارچه نيز مشاهده شد. با افزايش مقدار لايه نشاني و درشت‌تر شدن اندازه ذرات، خاصيت مغناطيسي تا نسبت 6 روند افزايشي (از emu/g 06/0 تا 00/1) و سپس در نسبت 8 كاهش يافت (emu/g 71/0) كه به دليل تمايل جذب بيشترذرات در محلول است. اين روند در طيف XRD نيز با تغييرات اندازه بلور نانوذرات مگنتايت قابل‌مشاهده بود. به‌طوركلي افزايش نمك‌هاي آهن باعث بهبود جذب نانولوله‌هاي كربني به پارچه و افزايش لايه نشاني و رسانايي شدند اما با تشكيل ذرات درشت‌تر در نسبت‌هاي بالاتر كمي باعث ايجاد اختلال در رسانايي شدند.همچنين رسانايي مواد يك روند وابسته به مورفولوژي و عدم وابستگي خطي با افزايش نسبت هاي سنتز از خود نشان داد و در نسبت سنتز 2 بيشترين مقدار S/m 78/4 بدست آمد اما با توجه به نتايج،بهينه ترين حالت كه بتوان هر دو خاصيت مغناطيسي و رسانايي را به مقدار مناسبي ايجاد كرد، نسبت سنتز 6 است. افزودن اين نانوساختار ها به پارچه نه‌تنها باعث بهبود خواص مقاومت در برابر شعله پارچه‌ها و كاهش حدود 50% طول سوختن شد؛ بلكه خاصيت گرمانوري بسيار مناسبي به پارچه‌ها افزود. نمونه بهينه پارچه در فاصله 10 سانتي متر از منبع نوري تا دماي°C 81 در 106 ثانيه گرم شد و خاصيت گرمانوري پارچه همچنين در حالت چرخه اي مطالعه شد و مشاهده شد كه بعد از پنج چرخه قابليت برگشت پذيري مناسبي در اين خاصيت وجود دارد و در فاصله 15 سانتي متري از منبع همچنان پارچه در همه ي سيكل‌ها به دماي 65 رسيد و مجدد به دماهاي پايين بازگشت. پارچه چندكاربردي توليد شده همچنين خواص ضدباكتري بسيار مناسبي از خود نشان داد؛ به طوري كه در حالت بدون تابش براي باكتري E. coli تا 88/69% و با تابش 92/99% از باكتري ها و براي باكتري S. areus نيز در حالت بدون تابش 7/64% و با تابش 7/99% از باكتري ها را از بين برد. در نهايت با توجه به نتايج و هدف اصلي اين پژوهش، يك پارچه چندكاربردي رسانا و مغناطيسي، با خواص مقاوم در برابر شعله، گرمانوري و ضدباكتري به دست آمد كه مي تواند در كاربري‌هايي همچون انواع حسگر نيز استفاده شود.
چكيده انگليسي :
Magnetite (Fe3O4) nanoparticles are utilized in applications such as sensors, hyperthermia and data storage due to their properties, including superparamagnetism, biocompatibility, wave absorption, and ease of synthesis. Another versatile nanostructure is multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). These materials, with their exceptional properties like high conductivity, flame retardancy, and tensile strength, are suitable for applications such as medicine and sensors. In this study, carboxylated multi-walled carbon nanotubes (MWCNTCOOH) and magnetite nanoparticles were synthesized in-situ, forming a new nanostructure, which was then in-situ coated onto nylon knitted fabric. The presence of a textile substrate, particularly knitted fabric, added unique functionalities to the final fabric.To characterize and investigate the effect of different weight ratios of materials on the properties of the final fabric, the designed syntheses for coating the fabric were carried out with different weight ratios of iron salts to multi-walled carbon nanotubes (Fe3O4: MWCNT-COOH) at 1:1, 2:1, 4:1, 6:1, and 8:1, respectively. Surface structure, chemical analysis, microstructure, electrical conductivity, magnetic properties, flame retardancy, and antibacterial properties were studied. FESEM results and surface structure analysis showed that increasing the amount of iron salts affected the morphology: up to 2 ratio a layer, at 4 and 6 ratios, a combination of layers and particles was observed; and at an 8 ratio, a layered structure reappeared. Additionally, magnetite nanoparticles caused the welding of carbon nanotubes. These morphological changes were also observed in the magnetic properties of the fabric. As the coating amount increased and particle size became larger, the magnetic property showed an increasing trend up to a 6:1 ratio (from 0.06 to 1.00 emu/g) and then decreased at an 8:1 ratio (0.71 emu/g) due to higher particle aggregation in the solution. This trend was also observed in the XRD spectrum with changes in the crystal size of the magnetite nanoparticles. Overall, the increase in iron salts improved the adsorption of carbon nanotubes to the fabric and enhanced coating and conductivity. The formation of larger particles disrupted conductivity and exhibited a morphology-dependent behavior. The highest conductivity of 4.78 S/m was achieved at a synthesis ratio of 2. The optimal condition for achieving a suitable balance of both magnetic and conductive properties was found at a synthesis ratio of 6. The incorporation of these nanostructures into the fabric not only improved flame resistance and reduced burn length by approximately 50% but also imparted excellent photothermal properties. The optimized fabric sample heated up to 81°C from a distance of 10 cm from the light source within 106 seconds, and its photothermal properties were cyclically tested, showing good reversibility after five cycles. At a distance of 15 cm from the source, the fabric still reached temperatures of 65°C and then returned to lower temperatures. The multifunctional fabric also exhibited significant antibacterial properties, with up to 69.88% and 99.92% efficiency for E. coli under non-irradiated and irradiated conditions, respectively, and 64.7% and 99.7% for S. aureus. In conclusion, the fabric is a multi-functional fabric with conductive and magnetic properties, flame resistance, photothermal, and antibacterial features, suitable for applications in various sensor types and beyond
استاد راهنما :
كميل نصوري
استاد داور :
زهرا طالبي مزرعه شاهي , اكبر خدامي
لينک به اين مدرک :

بازگشت