دانشکده فنی و مهندسی
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد ,,M.Sc,,
مهندسی پلیمر – صنایع پلیمر
عنوان:
تولید نانو الیاف پرانرژی به روش الکتروریسی
چکیده
مقدمه
فصل اول: کلیات تحقیق
1-1- اهمیت و ضرورت انجام تحقیق
1-2- اهداف تحقیق
1-3- سوالات تحقیق
1-4- فرضیه های تحقیق
1-5- کلمات کلیدی
فصل دوم: مروری بر تحقیقات انجام شده
2-1- معرفی نانو الیاف
2-2- روش های تولید نانوالیاف
2-2-1- کشش
2-2-2- تولید از قالب
2-2-3- جدایش فازی
2-2-4- خودآرایی
2-2-5- الکتروریسی
2-2-5-1- نحوه تولید نانوالیاف با روش الکتروریسی
2-2-5-2- مزایای تولید نانو الیاف به روش الکتروریسی نسبت به دیگر روش های
تولید نانو الیاف
2-2-5-3- نکات مهم و کلیدی در خصوص الکتروریسی
2-2-5-4- پارامترهای تأثیرگذار بر الکتروریسی نانوالیاف
2-2-5-5- بررسی شرایط تولید الیاف صاف و مهره دار
2-2-5-6- برخی کاربردهای نانوالیاف الکتروریسی شده
2-2-5-7- برخی کاربردهای نانوالیاف پلی وینیلیدن فلوراید الکتروریسی شده
فصل سوم: مواد و روشها و معرفی آزمون ها
3-1- مواد
3-1-1- مشخصات ماده پلی وینیلیدن فلوراید (PVDF)
3-1-2- مشخصات حلال
3-1-2-1- دی متیل استامید (DMAC)
3-1-2-2- - استون (Acetone)
3-2- نحوه آماده سازی نمونه
3-4- دستگاه الکتروریسی (Electro spinning
3-5- آزمونها
3-5-1- میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)
3-5-2- زاویه تماس (Contact angle
فصل چهارم: نتیجه گیری
4-1- بررسی تاثیر دو نوع حلال DMAC خالص و حلال DMAC/Acetone (6/4) (w/w)
بر تشکیل نانو الیاف PVDF به روش الکتروریسی
4-1-1- بررسی نتایج آزمون میکروسکوپ الکترون روبشی
4-1-2- بررسی نتایج آزمون زاویه تماس قطره آب
4-2- بررسی تاثیر تفاوت غلظت درصد وزنی PVDF و حلال DMAC/Acetone (6/4) (w/w)
بر تشکیل نانو الیاف به روش الکتروریسی
4-2-1- بررسی نتایج آزمون میکروسکوپ الکترونی روبشی از نانو الیاف تولید شده از محلول حاوی
16 درصد وزنی PVDF
4-2-2- بررسی نتایج آزمون زاویه تماس قطره آب روبشی از نانو الیاف تولید شده از محلول حاوی
16 درصد وزنی PVDF
4-2-3- بررسی نتایج آزمون میکروسکوپ الکترونی روبشی از نانو الیاف تولید شده از محلول حاوی
PVDF 20 درصد وزنی
4-2-4- بررسی نتایج آزمون زاویه تماس قطره آب روبشی از نانو الیاف تولید شده از محلول حاوی
20 درصد وزنی PVDF
4-3- جمع بندی
پیشنهادات
فهرست جداول
جدول 2-1- مزیت های تولید نانو الیاف به روش الکتروریسی نسبت به دیگر روش های متداول
جدول 2-2- مزایا و معایب روشهای گوناگون تولید نانو الیاف
جدول 2-3- پارامترهای موثر در تولید برخی نانو الیاف پرکاربرد صاف و مهره دار
جدول 3-1- مشخصات ماده PVDF استفاده شده در این پژوهش
جدول 3-2- مشخصات ماده DMAC استفاده شده در این پژوهش
جدول 3-3- مشخصات ماده Acetone استفاده شده در این پژوهش
جدول 3-4- مشخصات فنی دستگاه الکتروریسی ساخته شده توسط شرکت فناوران تجهیزات
نانوآزما با نام تجاری SISTANA ES LAB SBS
جدول 3-5- مشخصات فنی دستگاه SEM مورد استفاده در این پژوهش
جدول 3-6- مشخصات فنی دستگاه اندازه گیری زاویه تماس با آب
جدول 3-7- زوایای تماس با آب برای نانو الیاف تولید شده از محلول 18% وزنی PVDF
و 82% وزنی حلال DMAC
جدول 3-8- زوایای تماس با آب برای نانو الیاف تولید شده از محلول محلول 18% وزنی PVDF
و 82% وزنی حلال DMAC/Acetone (6/4) (w/w)
جدول 3-9- زوایای تماس با آب برای نانو الیاف تولید شده از محلول محلول 16% وزنی PVDF
و 84% وزنی حلال DMAC/Acetone (6/4) (w/w)
جدول 3-10- زوایای تماس با آب برای نانو الیاف تولید شده از محلول 18% وزنی PVDF
و 82% وزنی حلال DMAC
فهرست نمودارها
نمودار 2-1- رابطه بین دی الکتریک حلال و میانگین قطر الیاف PEO
فهرست اشکال
شکل 2-1- نمایش شماتیک طول بیشینه لیف به عنوان تابعی ازمحصول سرعت کشش با ویسکوزیته
ماده اولیه
شکل 2-2- شماتیک الف) ساختار مولکولی، ب) نانوساختار، ج) تصویر میکروساختار و د) تصویر
ماکروساختار شبکه نانوالیاف پپتید خودآرایی شده
شکل 2-3- یک دستگاه الکتروریسی آزمایشگاهی متداول
شکل 2-4- الف) دستگاه استاندارد الکتروریسی و ب) تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از نانوالیاف
پلی اورتان الکتروریسی شده
شکل 2-5- اثر ترکیب حلال روی کشش سطحی محلول های PVC در غلظت ثابت پلیمر
شکل2-6- نایلون 6،6 در فاصله رسوب دهی الف) 2 سانتی متر و ب) 0.5 سانتی متر
شکل 2-7- میکروگراف میکروسکوپ الکترونی روبشی الیاف PSF تولید شده با الکتروریسی در فاصله
بین جمع کننده و سوزن الف) 10 سانتی متر ب) 15 سانتی متر
شکل 2-8- الف) نمایی از سیستم الکتروریسی برای تولید نانوالیاف توخالی ب) تصویر TEM نانوالیاف
توخالی که دیوار آن از کامپوزیت PVP و دی اکسید تیتانیوم تشکیل شده است. ج)تصویر TEM
نانوالیاف توخالی آناتاز
شکل 3-1- دستگاه الکتروریسی ساخته شده توسط شرکت فناوران تجهیزات نانوآزما با نام تجاری
SISTANA ES LAB SBS
شکل 3-3- نمونه ای از یک دستگاه آزمون SEM مرسوم
شکل 3-4- طرح کلی یک میکروسکوپ الکترونی روبشی
شکل 3-5- شمایی از دستگاه کندوپاش جهت پوشش دهی نمونه SEM
شکل 3-6- تصویر میکروسکوپ الکترونی بدست آمده از نانو الیاف تولید شده از محلول حاوی 18
درصد وزنی PVDF و 82 درصد وزنی DMAC در مقیاس های 5 و 2 و 1میکرومتری و 500 و
200 نانو متری
شکل 3-7- تصویر میکروسکوپ الکترونی بدست آمده از نانو الیاف تولید شده از محلول حاوی 16
درصد وزنی PVDF و 84 درصد وزنی حلال DMAC/Acetone (6/4) (w/w) در مقیاس های
5 و 2 و 1میکرومتری و 500 و 200 نانو متری
شکل 3-8- تصویر میکروسکوپ الکترونی بدست آمده از نانو الیاف تولید شده از محلول حاوی 18
درصد وزنی PVDF و 82 درصد وزنی حلال DMAC/Acetone (6/4) (w/w) در مقیاس های
5 و 2 و 1میکرومتری و 500 و 200 نانو متری
شکل 3-9- تصویر میکروسکوپ الکترونی بدست آمده از نانو الیاف تولید شده از محلول حاوی 20
درصد وزنی PVDF و 80 درصد وزنی حلال DMAC/Acetone (6/4) (w/w) در مقیاس های
5 و 2 و 1میکرومتری و 500 و 200 نانو متری
شکل3-10- مقایسه دو سطح آب دوست و آب گریز
شکل 3-11- مدل یانگ رابطه بین تنش ها در فصل مشترک را بیان می کند
(جامد-مایع گاز- مایع و مایع-گاز)
شکل 3-12- این تصویر زاویه دوربین 0 درجه را نشان می دهد
شکل 3-13- این تصویر زاویه دوربین 3 درجه را نشان می دهد
شکل 3-14- آزمون اندازه گیری زاویه تماس با آب برای نانو الیاف تولید شده از محلول 18% وزنی
PVDF و 82% وزنی حلال DMAC
شکل 3-15- آزمون اندازه گیری زاویه تماس با آب برای نانو الیاف تولید شده از محلول 16% وزنی
PVDF و 84% وزنی حلال DMAC/Acetone (6/4) (w/w)
شکل 3-16- آزمون اندازه گیری زاویه تماس با آب برای نانو الیاف تولید شده از محلول 18% وزنی
PVDF و 82% وزنی حلال DMAC/Acetone (6/4) (w/w)
شکل 3-17- آزمون اندازه گیری زاویه تماس با آب برای نانو الیاف تولید شده از محلول 20% وزنی
PVDF و 80% وزنی حلال DMAC/Acetone (6/4) (w/w)
شکل 4-1- آزمون میکروسکوپ الکترونی روبشی - تصاویر 1، 3، 5، 7 و 9 برای نانو الیاف تولید شده
از محلول 18% وزنی PVDF و 82% وزنی حلال DMAC در بزرگ نمایی های مختلف و تصاویر 2،
4، 6، 8 و 9 برای نانو الیاف تولید شده از محلول 18% وزنی PVDF و 82% وزنی حلال
DMAC/Acetone (6/4) (w/w)
شکل 4-2- آزمون میکروسکوپ الکترونی روبشی در مقیاس 200 نانو متر و تعیین متوسط قطر
الیاف تشکیل شده برای 1- نانو الیاف تولید شده از محلول 18% وزنی PVDF و 82% وزنی حلال
DMAC 2- برای نانو الیاف تولید شده از محلول 18% وزنی PVDF و 82% وزنی حلال
DMAC/Acetone (6/4) (w/w)
شکل 4-3- آزمون اندازه گیری زاویه تماس با آب برای الیاف تولید شده از PVDF 18 درصد وزنی
و حلال DMAC
شکل 4-4- آزمون اندازه گیری زاویه تماس با آب برای الیاف تولید شده از PVDF 18 درصد وزنی
و حلال DMAC/Acetone (6/4) (w/w)
شکل4-5- آزمون میکروسکوپ الکترونی روبشی - تصاویر 1، 3، 5، 7 و 9 برای نانو الیاف تولید شده
از محلول 16% وزنی PVDF در بزرگ نمایی های مختلف و تصاویر 2، 4، 6، 8 و 10 برای نانو الیاف
تولید شده از محلول 18% وزنی PVDF
شکل 4-6- آزمون میکروسکوپ الکترونی روبشی در مقیاس 200 نانو متر و تعیین متوسط قطر الیاف
تشکیل شده برای 1- نانو الیاف تولید شده از محلول 16% وزنی PVDF و 2- نانو الیاف تولید شده از
محلول 18% وزنی PVDF و حلال DMAC/Acetone (6/4) (w/w)
شکل 4-7- آزمون اندازه گیری زاویه تماس با آب برای الیاف تولید شده از PVDF 16 درصد وزنی و حلالDMAC/Acetone (6/4) (w/w)
شکل4-8- آزمون میکروسکوپ الکترونی روبشی - تصاویر 1، 3، 5، 7 و 9 برای نانو الیاف تولید شده
از محلول 20% وزنی PVDF در بزرگ نمایی های مختلف و تصاویر 2، 4، 6، 8 و 10 برای نانو الیاف
تولید شده از محلول 18% وزنی PVDF
شکل 4-9- آزمون میکروسکوپ الکترونی روبشی در مقیاس 200 نانو متر و تعیین متوسط قطر الیاف
تشکیل شده برای 1- نانو الیاف تولید شده از محلول 18% وزنی PVDF و 2- نانو الیاف تولید شده از
محلول 20% وزنی PVDF و حلال DMAC/Acetone (6/4) (w/w)
شکل 4-10- آزمون اندازه گیری زاویه تماس با آب برای الیاف تولید شده از 20 درصد وزنی PVDF
و حلال DMAC/Acetone (6/4) (w/w)
چکیده
در این پژوهش با استفاده از روش الکتروریسی که روشی برای تولید بهینه نانو الیاف در ابعاد دلخواه و قطر قابل کنترل به صورت صنعتی می باشد، به تولید نانو الیاف پر انرژیِ آب گریز پرداختیم. بدین منظور در ابتدا به منظور تولید نانو الیاف پرانرژی از ماده PVDF استفاده کردیم و نخست، تاثیر نوع حلال با استفاده از دو حلال متفاوت DMAC و همچنین حلالDMAC/Acetone (6/4) (w/w) را بر روی الیاف تولید شده با محلول حاوی 18 درصد وزنی PVDF بررسی کردیم و پس از اثبات اثر حلال توسط آزمون میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM و آزمون زاویه تماس با آب (Contact angle) و مشخص شدن حلال مطلوب، تاثیر غلظت های متفاوتی از PVDF در درصدهای 16 و 20 درصد وزنی در حلال DMAC/Acetone (6/4) (w/w) در مقایسه با 18 درصد وزنی از این ماده مورد بررسی قرار گرفت و نتایج زیر حاصل شد: پس از تهیه نانو الیاف از محلول حاوی 18 درصد وزنی PVDF و دو نوع حلال DMAC و حلال DMAC/Acetone (6/4) (w/w) به روش الکتروریسی، آزمون میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM انجام گرفت که نشان داد نمونه تهیه شده با حلال DMAC/Acetone (6/4) (w/w) منجر به تولید الیاف ممتد و پیوسته و صاف در محور طولی الیاف شده که مطلوب بوده است اما نمونه تهیه شده با حلال DMAC، بیشتر نواحی مهره دار ایجاد شده است همچنین میانگین قطر الیاف تولید شده در 18 درصد وزنی PVDF با حلال DMAC 27.25 نانومتر بوده و در حلال DMAC/Acetone (6/4) (w/w) 56.79 نانومتر بوده است یعنی بیش از دو برابر. لذا با توجه به موارد فوق، تاثیر نوع حلال اثبات گردید و در ادامه تصمیم گرفته شد تا دو نمونه دیگر با حلال DMAC/Acetone (6/4) (w/w) با غلظت 2 درصد وزنی PVDF کمتر و بیشتر از 18 درصد وزنی تهیه و مورد بررسی قرار گیرد. تصاویر آزمون میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM نشان دادند که در نمونه های تهیه شده در حلال DMAC/Acetone (6/4) (w/w) با غلظت 16 درصد وزنی PVDF نواحی مهره دار بسیار بیشتری نسبت به غلظت 18 درصد وزنی PVDF ایجاد کرده اند همچنین متوسط قطر الیاف تشکیل شده در 16 درصد وزنی، 26.99 نانومتر است که کمتر از نصف قطر الیاف تشکیل شده در 18 درصد وزنی یعنی 56.79 نانومتر است. همچنین تصاویر آزمون میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM نشان دادند که نمونه تهیه شده در الیاف تولید شده با غلظت 20 درصد وزنی نواحی مهره دار بیشتری وجود دارد که این پدیده در این سطح در الیاف تولید شده با غلظت 18 درصد وزنی مشاهده نمی گردد همچنین متوسط قطر الیاف تشکیل شده با غلظت 20 درصد وزنی PVDF، 46.57 نانومتر می باشد که در حدود 10 نانومتر کمتر از متوسط قطر الیاف تولید شده با غلظت 18درصد وزنی PVDF یعنی 56.79 نانومتر می باشد. آزمون زاویه تماس قطره آب برای هر 4 نمونه ثابت کرده است که نانو الیاف تشکیل شده در هر 4 نمونه خاصیت آب گریزی فوق العاده بالایی دارد و مورفولوژی الیاف تشکیل شده و وجود نواحی مهره دار و همچنین متوسط قطر الیاف تشکیل شده در نمونه های مختلف تاثیر منفی بر آب گریزی الیاف نداشته اند که این امر، نشان از خاصیت بسیار بالای آب گریزی ماده PVDF می باشد. آزمون زاویه تماس قطره آب نیز برای نمونه های تولید شده در الیافی که در طول محور الیاف دارای نواحی مهره دار بوده اند، ثابت کرده است که هرچقدر نواحی مهره دار بیشتر باشد آب گریزی بیشتری در نمونه ها ایجاد می شود که این نتایج، با مقایسه نتایج آزمون میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM نیز تایید می شوند. یکی از نتایج اصلی این پژوهش این است که می توان با استفاده از محلولی حاوی 18 درصد وزنی PVDF و 82 درصد وزنی حلال DMAC/Acetone (6/4) (w/w)، به روش الکتروریسی نانو الیافی تولید کرد که علاوه بر داشتن متوسط قطر الیاف بالا، میزان آب گریزی بسیار مطلوبی دارند و همچنین به لحاظ مورفولوژی نیز دارای نواحی صاف و فاقد مهره در طول محور الیاف می باشند.
مقدمه
1- معرفی نانو الیاف
الیاف، رشته‌های بسیار باریکی هستند که دارای طول بلندی نسبت به قطر خود بوده و کاربردهای متفاوتی دارند. الیاف به طور کلی به دو دسته طبیعی و مصنوعی تقسیم بندی می شوند. محدودیت هایی که از نظر تأمین منابع در مورد الیاف طبیعی وجود دارد، موجب جهت دهی دانشمندان به سمت تولید الیاف مصنوعی شده است. این الیاف معمولاً دارای قطری در محدوده 5 تا 500 میکرومتر هستند، ولی در سال های اخیر با پیشرفت فناوری نانو، تولید الیاف با قطر نانومتری مورد توجه فراوانی قرار گرفته است. نانوالیاف، به صورت الیاف با قطر کمتر از 100 نانومتر تعریف می شوند و با دارا بودن یک بعد خارج از محدوده نانومتری، جزء دسته نانومواد تک بعدی قرار می گیرند. نسبت سطح به حجم بسیار بالا(این نسبت در مورد نانوالیاف تقریباً 1000 برابر الیاف میکرونی است)، انعطاف بالا در عامل دار کردن سطوح و خواص مکانیکی عالی از قبیل چقرمگی و استحکام کششی از خواص مورد توجه نانوالیاف در مقایسه با الیاف معمولی است. این خواص برجسته موجب شده است تا نانوالیاف گزینه مناسبی برای بسیاری از کاربردهای مهم باشند.
تعداد صفحات پایان نامه:86
فرمت پایان نامه: ورد و با قابلیت ویرایش
دانلود پایان نامه تولید نانو الیاف پرانرژی به روش الکتروریسی