ساخت و بررسی رفتار حسگر پلی ­بنزی ­ایمیدازول-نانولوله کربنی الکتروریسی‌شده برای شناسایی بخارات فرار

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

دانشگاه اصفهان

چکیده
 موضوع تحقیق: در این پژوهش با استفاده از تکنیک الکتروریسی الیاف پلیمری لایه حساس رسانای برپایه پلی­ بنزی ­ایمیدازول/ نانولوله ­کربنی به منظور شناسایی ترکیبات آلی فرار (متانول، اتانول، ایزوپزوپیل الکل (IPA)، استون) و بخار آب طراحی و ساخته شده است.
روش تحقیق: روش انجام پژوهش به صورت تجربی می ­باشد. در ابتدا شرایط فرایندی مختلف مانند دبی، ولتاژ و فاصله سوزن تا جمع کننده مورد بررسی قرارگرفت تاامکان تولید لیف یکنواخت و با قطر نانومتری بدست بیاید. سپس با لایه نشانی الیاف بر روی الکترود شانه ­ای لایه حساس حسگر ساخته شد و پاسخ دینامیک آن توسط یه دستگاه ساخته ­شده توسط گروه مورد بررسی قرار گرفت.
نتایج اصلی: نتایج نشان داده است که با تنظیم میزان دبی cc.hr-1 0/5 و ولتاژ24 کیلو ولت و فاصله نازل تا جمع ­کننده 15 سانتی­متر می ­توان الیاف یکنواخت با قطر چند نانومتر تولید کرد که این ساختار با استفاده از آزمون میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) تائید شده­ است. میزان تخلخل موجود در الیاف با استفاده از آزمون اندازه ­گیری سطح ویژه سه نقطه ­ای (BET) اندازه ­گیری شد که برابر 18/23 m2.gr-1 بدست آمد. نتایج آزمون پویای حسگری نشان­ دهنده پاسخ بسیار خوب حسگر ساخته شده در مقابل الکل­ها و استون می ­باشد، به ­گونه­ای که شدت پاسخ با کاهش میزان قطبیت الکل­ها از متانول به ایزوپزوپیل الکل افزایش می ­یابد. زمان پاسخ حسگرها بسیار کوتاه (کمتر از10 ثانیه ) می ­باشد که این مساله به­ دلیل ساختار نانوالیاف لایه حساس است که سبب می­شود تا نفوذ مولکول­های بخار و دسترسی آن­ها به سایت­های فعال به­ شدت افزایش یابد. در نهایت نیز روند پاسخ و انتخاب­ پذیری حسگر به­ دست آمده در مقابل بخارات هدف بر اساس پارامترهای ترمودینامیکی مانند پارامتر برهم­کنش فلوری- هاگینز مورد مطالعه قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Fabrication and Characterization of an Electrospun Polybenzimidazole–Carbon Nanotube Sensor for Volatile Vapor Detection

نویسندگان English

Payam Molla-Abbasi
Negin Sadat Hosseini Nejad
University of Isfahan
چکیده English

Research subject: In this study, a conductive sensitive layer composed of polybenzimidazole (PBI) and carbon nanotubes (CNTs) was designed and fabricated via electrospinning for the detection of volatile organic compounds (VOCs)—(methanol, ethanol, isopropyl alcohol (IPA), acetone—and water vapor.
Research approach: This study employed an experimental approach. In the first stage, various processing parameters—such as flow rate, voltage, and needle-to-collector distance—were optimized to enable the fabrication of uniform fibers with nanometric diameters. Subsequently, the fibers were deposited onto an interdigitated gold-on-glass electrode (IDE) as the sensor base to form the sensitive layer of the sensor. Finally, the dynamic response of the fabricated sensor was evaluated using a custom-built measurement system developed by the research group.
Main results: Optimal electrospinning conditions were established at a flow rate of 0.5 cc h⁻¹, an applied voltage of 24 kV, and a nozzle-to-collector distance of 15 cm, enabling the production of uniform nanofibers, as confirmed by scanning electron microscopy (SEM). Brunauer–Emmett–Teller (BET) analysis revealed a fiber specific surface area corresponding to 18.23 m² g⁻¹. Dynamic sensing experiments demonstrated strong sensor responses toward alcohols and acetone, with response intensity correlating inversely with alcohol polarity from methanol to IPA. The sensors exhibited an exceptionally short response time (< 10 s), attributed to the nanofibrous architecture of the sensing layer, which promotes rapid vapor diffusion and access to active sites. Furthermore, the response trends and selectivity toward target vapors were analyzed in the context of thermodynamic parameters, including the Flory–Huggins interaction parameter.

کلیدواژه‌ها English

Conductive polymer composite
polybenzimidazole (PBI)
Gas detector
Nanofibers
Electrospining

  • تاریخ دریافت 05 شهریور 1404
  • تاریخ بازنگری 10 مهر 1404
  • تاریخ پذیرش 13 مهر 1404
  • تاریخ اولین انتشار 13 مهر 1404
  • تاریخ انتشار 01 دی 1403