Skip to main content
SUPERVISOR
Dariush Semnani,Behzad Rezaei
داریوش سمنانی (استاد راهنما) بهزاد رضائی (استاد مشاور)
 
STUDENT
FATEME TAGHIPOOR KATAKI
فاطمه تقی پورکتکی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی نساجی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Investigation of electroactive properties of bi-component bundle of coaxial polyacrylonitrile (PAN)/ polyaniline (PANi) nanofibers containing TiO2nanoparticles
Electroactive polymers (EAPs) include groups of polymers with sensitive dimension or shape by electric field. Among these polymers, conductive polymers such as polyaniline (PANi), polythiophene (PTP) and polypyrrole (PPY) have been studied in many fields like actuators, sensors, batteries, solar cells, capacitors, etc. A typical characteristic property of EAPs is that they will undergo a large amount of deformation while sustaining large forces , making them particularly attractive for use anywhere where a muscle-like response is desirable, including in medical devices, prostheses, toys, etc. The conduction in these polymers is due to the presence of delocalized molecular orbitals. It is limited to direct use of these polymers due to their weak mechanical properties. In attempts to improve mechanical properties, blends of PANi (or the other conducting polymers) with other polymers (such as polyacrylonitrile (pan), polyurethane (PU) and …) have been produced, particularly in form of nanofibers. Nanofibers have suitable mechanical properties and more flexibility because of their high surface to volume ratio. Therefore in this work we investigated the electrochemical characteristics of bundled coaxial pan/ pan- pani nanofibers containing TiO 2 nanoparticles in core, as an actuator. We synthesized polyaniline (emeraldine salt) using aniline hydrochloride, ammonium persulfate and HCl as monomer, oxidant and dopant respectively. The electrical conductivity of the pelletized polymer measured using 4-probe method was about 2 S.cm -1 . In the next step we fabricated aligned core-sheath pan- TiO 2 (0-15%)/ pan- pani nanofibrous bundles through electrospinning process, with an average diameter of 199- 350 nm. Afterward morphological, mechanical and electrochemical properties of nanofibrous bundles were studied. Scanning electron microscopy (SEM) images verify the production of uniform approximately parallel nanofibers with a normal distribution of fibers diameter. Furtheremore from SEM images, it can be observed that with increase of TiO 2 percentage in core, the diameter of nanofibers increases, too. Stress-strain results confirmed the increase of tensile strength of nanofibrous bundles with increasing the amount of TiO 2 nanoparticles in core of nanofibers, but there is a critical limit for TiO 2 percentage. Voltammetry results show that the presence of TiO 2 nanoparticles in nanofibers enhances the electrochemical redox current. As well as, it can be found that the presence of PANi in outer surface of nanofibers show a redox peak near the 0.7 volt and it increases the electrochemical current of bundles significantly whereas the electrochemical redox current of PAN/ PAN- PANi nanofibrous bundles is four times more than neat PAN nanofibrous bundle. Transmission electron microscopy (TEM) image confirms the core-sheath structure of PAN/ PAN-PANi nanofibers. It can be observed in TEM image that a PAN core with average diameter of 53 nm is surrounded by the PAN-PANi sheath with the same diameter. All findings verify the high ability of core- sheath PAN- TiO 2 / PAN- PANi nanofibrous bundles as an electroactive actuator (or artificial muscle). Keywords: Core- sheath nanofibers, electroactive polymers, polyaniline (PANi), TiO 2 nanoparticles, electroactive properties.
پلیمرهای فعال الکتریکی برخلاف سایر پلیمرها که عمدتا عایق می باشند، نسبت به جریان الکتریکی یا ولتاژ واکنش نشان داده و دچار تغییر شکل یا ابعاد می گردند. از میان این پلیمرها، پلیمرهای رسانا امروزه کاربرد وسیعی یافته و در ساخت فعال کننده ها و حسگرها، باتری ها، سلول های خورشیدی، خازن ها و به طور ویژه در ساخت ماهیچه ی مصنوعی مورد استفاده قرار می گیرند. استفاده ی مستقیم از پلیمرهای فعال الکتریکی به دلیل خواص مکانیکی ضعیف آن ها دارای محدودیت هایی می باشد، لذا از این پلیمرها غالبا به صورت کامپوزیت با سایر پلیمرها و به شکل نانوالیاف استفاده می گردد. نانوالیاف به دلیل نسبت سطح به حجم بالایی که دارند و نیز خواص مکانیکی مطلوب و انعطاف پذیری مناسب، فرصت بهره برداری هر چه بیشتر از خواص مطلوب تمامی پلیمرهای مورد استفاده را فراهم می نمایند. پلی آنیلین یکی از پرکاربردترین و مفیدترین پلیمرهای رسانا می باشد که به دلایلی از جمله: سنتز آسان، قیمت مناسب، خواص فعال الکتریکی مطلوب و ... بسیار مورد توجه قرار گرفته است. بنابراین در این پروژه خواص فعال الکتریکی لایه هایی از نانوالیاف موازی دوجزئی هم محور پلی اکریلونیتریل- تیتانیوم دی اکسید/ پلی اکریلونیتریل- پلی آنیلین به عنوان یک فعال کننده مورد بررسی قرار گرفت. به این منظور ابتدا پلیمر رسانای پلی آنیلین تولید شد. نتایج آزمایشات، دستیابی به پلیمر پلی آنیلین با رسانایی در محدوده ی نیمه رساناها و نزدیک به فلزات را نشان می دهد. سپس با استفاده از نازل الکتروریسی دوجزئی هم محور، لایه های موازی از نانوالیاف هسته/ پوسته ی پلی اکریلونیتریل/ مخلوط پلی اکریلونیتریل و پلی آنیلین حاوی %15-0 نانوذرات تیتانیوم دی اکسید در هسته، با میانگین قطری 350-199 نانومتر تولید شدند. در ادامه پس از بررسی های تصویری، مورفولوژی، خواص مکانیکی و الکتروشیمیایی نانوالیاف نیز مورد مطالعه قرار گرفت. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نانوالیاف بیانگر آن است که افزایش درصد نانوذرات تیتانیوم دی اکسید موجب افزایش قطر نانوالیاف می گردد. هم چنین نتایج آزمایشات ولتامتری نشان می دهد که حضور نانوذرات تیتانیوم دی اکسید در نانوالیاف موجب افزایش جریان اکسایش/ کاهش الکتروشیمیایی آن ها می گردد. به علاوه از نتایج آزمایشات ولتامتری چرخه ای نانوالیاف دوجزئی دارای پوسته ی پلی آنیلین مشخص گردید که وجود این پلیمر موجب بروز پیک اکسایش/ کاهش در نمودار ولتامتری مربوطه و نیز افزایش چشمگیر جریان اکسایش/ کاهش الکتروشیمیایی نانوالیاف و هم چنین بهبود خواص مکانیکی آن ها می شود. تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری نانوالیاف، ساختار هسته- پوسته ی آن ها را تأیید می کند، به طوری که در تصویر مربوطه مشاهده می شود که سهم هسته ی نانوالیاف حدود 53 نانومتر است که پوسته ای با قطری برابر با هسته پیرامون آن قرار گرفته است. نتایج حاصل بیانگر قابلیت استفاده از لایه های نانوالیافی هسته/ پوسته ی پلی اکریلونیتریل- نانوذرات تیتانیوم دی اکسید/ پلی اکریلونیتریل- پلی آنیلین به عنوان یک فعال کننده ی الکتریکی (ماهیچه ی مصنوعی) می باشد. کلمات کلیدی: نانوالیاف هسته/پوسته، پلیمرهای فعال الکتریکی، پلی آنیلین، تیتانیوم دی اکسید، خواص فعال الکتریکی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی