پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر
فصلنامه علمی - پژوهشی

نقش دمای خشک کردن و فشار مکانیکی بر ساختار سطحی و خواص دینامیکی فیلم نانوساختار پلی آنیلین

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

علیرضا بهرامیان
علیرضا بهرامیان

دانشیار دانشگاه صنعتی همدان، گروه مهندسی شیمی، همدان، ایران 65155

چکیده
در این پژوهش نقش دمای خشک کردن و فشار مکانیکی بر ساختار سطحی و خواص دینامیکی فیلم نانوساختار پلی­آنیلین (PAni)مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا PAni طی فرآیند پلیمریزاسیون آنیلین در حضور آمونیوم پرسولفات در محیط اسیدی سنتز و در حلال نرمال متیل-2-پیرولیدین حل شد. محلول بدست آمده به روش لایه نشانی غوطه­وری به صورت فیلم نانوساختار روی زیر لایه شیشه­ای از جنس کوارتز لایه نشانی شده و خشک گردید. نتایج آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد با افزایش دمای خشک کردن ساختار سطحی فیلم از حالت فیبری به شبکه­ای متقاطع بهم پیوسته در­می­آید. تصاویر میکروسکوپ عبوری نشان دادند قطر ساختارهای فیبری شکل در دمای 318 و K 418 به ترتیب 18 و 30 نانومتر است. آنالیز نیروی اتمی نشان داد میزان متوسط زبری سطحی فیلم PAniدر دمایK 318 بدون اعمال فشار مکانیکی 63 نانومتر و در فشار 5 مگاپاسکال به کمتر از 35 نانومتر می­رسد. آزمایشات آنالیز دینامیکی-مکانیکی-حرارتی نشان دادند دمای انتقال شیشه­ای فیلم PAni تهیه شده بدون اعمال فشار مکانیکی و فیلم تهیه شده در فشار 5 مگاپاسکال به ترتیب برابر 386 و K 378 است. آزمون میکروسکوپ نیروی اتمی به روش دندانه گذاری در مقیاس نانومتری جهت تعیین مقادیر سختی، مدول کشسانی و ضریب پوآسون فیلم PAni بکار گرفته شد. بررسی وابستگی دمایی و فشار اعمال شده روی سطح فیلم در تعیین خواص گرانروکشسان فیلم PAni می­تواند اطلاعات مناسبی در خصوص میزان مدول ذخیره و مدول اتلاف فیلم و انرژی فعالسازی لایه پلیمری طی فرآیند تجزیه گرمایی در اختیار خواننده قرار دهد.



کلیدواژه‌ها

پلی آنیلین
فیلم نانوساختار
اثرات دما و فشار
خواص گرمایی
خواص مکانیکی-دینامیکی

موضوعات

عنوان مقاله English

Effect of Drying Temperature and Mechanical Pressure on Surface Structure and Dynamical Properties of Polyaniline Nanostructured Film

نویسنده English

ALIREZA BAHRAMIAN
Department of Chemical Engineering, Hamedan University of Technology, Hamedan, 65155, Iran
چکیده English

In this study, the effects of drying temperature and mechanical pressure on the surface structure and dynamical properties of polyaniline (PAni) were studied. PAni was synthesized through the aniline polymerization process in the presence of ammonium persulfate in acidic medium and normal methyl-2-pyrrolidine solution. The obtained solution was dipped on a substrate of quartz glass. Atomic force microscopy (AFM) analysis based on nano-indentation tests were used to determine the values of hardness, Young’s modulus and Poisson’s ratio of the films. The results of the analysis of the scanning electron microscope demonstrated that the surface morphology of the film is changed from a fiber-to-interconnected cross-linked networkby increasing the drying temperature. The transmission electron microscope analysis showed that the diameter of the fibers on the surfaces dried at 318 K and 418 K was 18 and 30 nm, respectively. AFM results showed that the mean surface roughness of PAni film at 318 K without mechanical pressure was 63 nm, while for the film pressed at 5 MPa was less than 35 nm. Thermo-mechanical analysis showed that the glass transition temperature of the PAni film prepared without mechanical pressure and the film pressed at 5 MPa were 386 K and 378 K, respectively. Investigating the temperature dependence and applied pressure on the film surface in determining the viscoelastic properties of the PAni nanostructured film can provide readers with appropriate information about the storage and loss modulus of the film and the activation energy of the polymer layer during the thermal decomposition process.

کلیدواژه‌ها English

Mechanical-dynamic properties
Polyaniline
Nanostructured film
Temperature and pressure effects
Thermal properties
1- Belaabed B., Lamouri S., Naar N., Bourson P., Hamady S.O.S. Polyaniline-doped Benzene Sulfonic Acid/epoxy Resin Composites: Structural, Morphological, Thermal and Dielectric Behaviors, Polym. J.,42 (1),546-554, 2010.
2- Reena, V.L., Sudha, J.D., Ramakrishnan, R., Development of Electromagnetic Interference Shielding Materials From the Composite of Nanostructured Polyaniline‐polyhydroxy Iron‐clay and Polycarbonate, J. Appl. Polym. Sci., 128 (3), 1756-1763, 2013.
3-Bahramian A., Vashaee D., In-situ Fabricated Transparent Conducting Nanofiber-shape Polyaniline/coral-like TiO2Thin Film: Application in Bifacial Dye-sensitized Solar Cells, Sol. Energy Mater Sol. Cells,143 (1),284-295, 2015.
4-Keddie, J. L., Jones, R.A.L., Cory, R.A., Size-Dependent Depression of the Glass Transition Temperature in Polymer Films, Europhys. Lett. 27 (1), 59-64, 1994.
5-TaiQ., ChenB., GuoF., XuSh., HuH., Sebo B., Zhao, X.-Zh., In SituPrepared Transparent Polyaniline Electrode and Its Application in Bifacial Dye-sensitized Solar Cells, ACS Nano, 5 (1), 3795-3799, 2011.
6-Zhang F., Johansson M., Andersson M.R., Hummelen, J.C., InganasO., Polymer Photovoltaic Cells With Conducting Polymer Anodes, Adv. Mater. 14 (9), 662–665, 2002.
7- Yarahmadi E., Didehban Afshord Kh., Shabanian M., Saeb M.R., Assessingthe Crosslinking Behavior of Nanocomposites Based on Epoxy and Starch-modified Graphene Oxide Nanosheets Potent to be Applied as Engineering Coatings, Appl. Res. Chem. Polym. Eng. (ARCPE), 1(1), 61-70, 2017.
8-Yan H., Chen Z., Zheng Y., Newman C., Quinn J.R., D€otz F., Kastler M., Facchetti A., A High-Mobility Electron-Transporting Polymer for Printed Transistors, Nature, 457, 679- 687, 2009.
9-Isazadeh H., Zahiri A.R., Investigating the Characteristics of Polyaniline and its Composite Films Prepared by Chemical Method, Iran.J. Polym. Sci. Technol. (Persian), 4 (1), 203-209, 2005.
10-MacDiarmid A.G., Synthetic Metals: A Novel Role for Organic Polymers (Nobel Lecture). Angew. Chem. Int. Edit. 40 (14), 2581-2590, 2001.
11-MacDiarmidA.G., Min Y., Wiesinger J., Oh M., Scherr E.J., Epstein A.J., Towards Optimization of Electrical and Mechanical-properties of Polyaniline– is Cross-linking Between Chains the Key. Synthetic. Met. 55 (2-3),753-760, 1993.
12- Huang J., Kaner R.B., A General Chemical Route to Polyaniline Nanofibers. J. Am. Chem. Soc. 126 (3), 851-855, 2004.
13-Hillman A.R., Mohamoud M.A., Efimov I.,Fundamental Aspects of Electrochemically Controlled Wetting of Nanoscale Composite Materials,Anal. Chem., 83 (14), 5696-5707, 2011.
14-BahramianA., Viscoelastic Properties of Polyaniline-emeraldine Base Nanostructured Films: Experimental Results and Molecular Dynamics Simulations, J. Appl. Polym. Sci. 41858, 1-13, 2015.
15-Deore B.A., Yu I., Aguiar P.M., Recksiedler C., Kroeker S., Freund M.S., Highly Cross-Linked, Self-Doped Polyaniline Exhibiting Unprecedented Hardness. Chem. Mater. 17 (15),3803-3805, 2005.
16- Lee Y.M., Kim, J.H., Kang J.S., Ha S.Y., Annealing Effects of Dilute Polyaniline/NMP Solution. Macromolecules, 33 (20), 7431-7439, 2000.
17-Fryer D.S., Peters R.D., Kim E.J., Tomaszewski J.E., de Pablo J.J., Nealey P.F., White C.C., Wu W.L., Dependence of the Glass Transition Temperature of Polymer Films on Interfacial Energy and Thickness. Macromolecules, 34 (16), 5627-5634, 2001.
18-Ferencz R., Sanchez J., Blümich B., Herrmann W., AFM Nanoindentation to Determine Young’s Modulus for Different EPDM elastomers. Polym. Test., 31 (2), 425-432, 2012.
19-Fischer-Cripps A.C., Critical Review of Analysis and Interpretation of Nanoindentation Test Data. Surf. Coat. Technol. 200 (1), 4153-4165, 2006.
20- Kremer G.M., Soares A.J., A kinetic model for chemical reactions without barriers, in Rarefied Gas Dynamics, edited by Akashi Abe, AIP Conference Proceedings 1084, American Institute of Physics, New York, 105-110, 2009.
21- Gul, G., Ali Shah A.H., Bilal S., Calculation of Activation Energy of Degradation of Polyaniline-Dodecylbenzene Sulfonic Acid Salts via TGA. J. Sci. Innov. Res., 2 (3), 673-684, 2013.
22-Oliver W.C., Pharr G.M., An improved Technique for Determining Hardness and Elastic Modulus using Load and Displacement Sensing Indentation Experiments. J. Mater. Res.7 (6), 1564-1583, 1992.
23-Stejskal J., Gilbert R.G., Polyaniline. Preparation of a Conducting Polymer (IUPAC Technical Report), Pure Appl. Chem. 74 (5), 857-867, 2002.
24-Suter, U.W., Eichinger, B.E., Estimating Elastic Constants by Averaging Over Simulated Structures. Polymer, 43 (1), 575-582, 2002.

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما