برای تهیه دیسپرسیون نانولولههای کربنی با ویسکوزیته مناسب جهت الکتروریسی از پلیمر کمکی پلیوینیل الکل(PVA) استفاده شد. بدین ترتیب که دیسپرسیونی شامل (PVA 10%, DTAB 1%, CNT 0.4%) آماده شد. برای آماده سازی دیسپرسیون ابتدا سطح فعال DTAB در آب حل شده سپس PVA به ان اضافه شد و به مدت ۱۵ دقیقه تحت همزن مغناطیسی قرار گرفت تا کاملا شفاف شود در اخر نانولولههای کربنی اضافه شده و به مدت ۱۰ دقیقه تحت امواج قرار گرفت تا کاملا همگن شود. الکتروریسی دیسپرسیون آماده شده در ولتاژ ۵/۱۴ کیلوولت، نرخ ۶/۰ میلیلیتر بر ساعت و فاصله ۵ سانتیمتر انجام شد.
پوششدهی منسوجات با بهره گرفتن از نانولولههای کربنی چند دیواره به روش الکترواسپری
به دلیل کشش سطحی بالای نانولولههای کربنی هنگام تهیه دیسپرسیون جهت الکترواسپری از یک پلیمر کمکی دیگر به نام پلیوینیل الکل(PVA) استفاده شد. بدین ترتیب که برای آماده سازی دیسپرسیون ابتدا سطح فعال DTAB در آب دوبار تقطیر حل شده سپس PVA به آن اضافه شد و به مدت ۱۵ دقیقه تحت همزن مغناطیسی قرار گرفت تا کاملا شفاف شود در آخر نانولولههای کربنی اضافه شده و به مدت ۱۰ دقیقه تحت امواج قرار گرفت تا کاملا همگن شود. اسپری دیسپرسیون آماده شده تحت میدان الکتریکی انجام شد که به طور کامل در جدول ۲-۳ آورده شده است.
جدول ۲‑۳- شرایط الکترواسپری و ترکیبات دیسپرسیون
نمونه | آماده سازی | دیسپرسیون | شرایط الکترواسپری |
پلی استر | هیدرولیز قلیایی | PVA 10%, DTAB 1%, CNT 0.4% | ولتاژ ۵/۱۶ کیلوولت، نرخ ۲ میلیلیتر بر ساعت و فاصله ۵ سانتیمتر |
پلی استر | هیدرولیز قلیایی | PVA 1%, DTAB 1%, CNT 0.4% | ولتاژ ۱۹ کیلوولت، نرخ ۶/۱ میلیلیتر بر ساعت و فاصله ۷ سانتیمتر |
پوششدهی منسوجات با بهره گرفتن از نانولولههای کربنی چند دیواره به روش چاپ جوهرافشان
برای پوششدهی منسوجات به این روش ابتدا باید یک دیسپرسیون خوب و پایداری از نانولولههای کربنی تهیه کرد. بدین منظور ۱ میلیگرم بر میلیلیتر نانولولهی کربنی را به محلول ۱ درصد سدیم دودسیل بنزن سولفونات اضافه شده و ۲۰ دقیقه با توان ۴۰ وات تحت امواج فراصوت قرار داده شد. سپس دیسپرسیون تهیه شده با سرعت ۳۰۰۰ دور بر دقیقه به مدت ۱۰ دقیقه سانتریفوژ شد. این عمل سه بار تکرار شد تا یک دیسپرسیون خوب و پایدار تهیه شود.
جوهر مشکی موجود در کارتریج تخلیه شده، کارتریج با آب و اتانول کاملا شستشو داده شد تا کاملا تمیز شود. سپس جوهر آماده شده با بهره گرفتن از سرنگ به کارتریج تزریق شد. پارچه را به سطح کاغذ چسبانده و عملیات چاپ انجام شد. برای رسیدن به رسانایی مطلوب عمل چاپ باید چندین بار تکرار شود. برای چاپ چندلایه، پس از هر بار چاپ بعد از اینکه نمونه در معرض هوا کمی خشک شد، دوباره عمل چاپ تکرار شد.
پوشش دهی منسوجات با بهره گرفتن از نانولولههای کربنی چند دیواره به روش اسپری
در این روش ۱ میلیگرم بر میلیلیتر نانولولهی کربنی را به محلول ۱ درصد سدیم دودسیل بنزن سولفونات اضافه شده سپس ۲۰ دقیقه با توان ۴۰ وات تحت امواج فراصوت قرار داده شد. نمونهها را بر روی سطح کاغذ چسبانده بر روی هیتر که با فویل پوشیده شده قرار داده شد تا سطح زیرلایه گرم باشد. پس از اسپری کردن به منظور برداشت سطح فعال، نمونهها به مدت ۱۰ دقیقه در آب دوبار تقطیر قرار داده شد. سپس در آون تحت دمای ۷۰ درجه خشک شد.
دستگاه ها و تجهیزات مورد استفاده برای تهیه منسوجات رسانا
دستگاه اولتراسونیک
این دستگاه قابلیت تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی و هدایت کردن انرژی به نمونه را دارا می باشد، بنابراین باعث خرد و ریز شدن نمونه میگردد. در این پروژه از دستگاه اولتراسونیک (Bandelin electronic,Sonopuls HD ۲۲۰۰) برای حل کردن کلرید آهن و تهیه دیسپرسیون نانولولههای کربنی چند دیواره استفاده شد. این دستگاه توانایی هموژن و همگن کردن محلول هایی با حجم ml900-10 را دارد. همچنین آماده سازی یک محلول یکنواخت از جامدات غیر قابل حل با توزیع اندازه ذرات بسیار پایین را داشته و حتی امکان این که اندازه ذرات پس از این فرایند در مقیاس نانو قابل ارزیابی باشد، وجود دارد. در این دستگاه قطر پروب تیتانیم استفاده شده mm13 بوده و زمان و قدرت سیگنال دستگاه قابل تنظیم میباشد. برای جلوگیری از صدمات احتمالی ناشی از پخش صدای اولتراسونیک هنگام همزدن، از یک محفظه مجهز به جداره مقاوم در مقابل امواج صوتی با انرژی بالا استفاده می شود. در شکل ۲-۵ دستگاه استفاده شده نشان داده شده است.
شکل ۲‑۵- دستگاه اولترا سونیک
اسپری با بهره گرفتن از پیستوله
اسپری محلول نانولولههای کربنی با بهره گرفتن از پیستولهHVLP مدل SAITA H-2000A انجام شد که در شکل ۲-۵ نشان داده شده است. محلول آماده شده در پیستوله ریخته شد و تحت فشار ایجاد شده توسط پمپ باد فرایند اسپری انجام شد. با بهره گرفتن از پیچهای تعبیه شده روی پیستوله، میزان فشار، شعاع اسپری قابل تنظیم است. در شکل ۲-۶ تصویری از پیستوله به همراه پمپ باد نشان داده شده است.
شکل ۲‑۶- پیستوله و پمپ باد
بررسی و تعیین خصوصیات پارچه رسانا
تمام نمونهها قبل از انجام هر یک از اندازهگیریها به مدت ۲۴ ساعت در فشار اتمسفر، رطوبت نسبی ۲ ± ۶۵% و دمای ۱ ± ۲۱ درجه سانتیگراد قرار داده شدند.
اندازهگیری وزن
برای تعیین میزان لایهی تشکیل شده روی سطح پارچه، وزن نمونهها را قبل و بعد از لایهنشانی به وسیله ترازوی دیجیتال (HR200, AND Ltd., Japan) اندازه گیری شد و سپس درصد تغییر وزن نمونهها را با بهره گرفتن از رابطهی (۳-۱) محاسبه گردید.
(۲-۱) | ۱۰۰ درصد تغییرات وزن |
که در آن W0 وزن نمونه قبل از لایهنشانی و W وزن نمونه پس از آن میباشند.
بررسی مقاومت الکتریکی سطحی نمونهها
میزان مقاومت الکتریکی سطحی نمونهها با بهره گرفتن از هدایت سنج چهار کانالهی خطی بررسی شد. در ساخت این هدایت سنج از مولتیمتر (ADM 552R, Arma Ltd., Iran) و منبع تغذیه (ASP-1363p, Arma Ltd., Iran) استفاده شده است. فاصله بین الکترودهای این رسانایی سنج که در دانشکده فنی دانشگاه گیلان ساخته شد، ۱ سانتیمتر میباشد. تصویر شماتیک این دستگاه در شکل ۲ نشان داده شده است. با بهره گرفتن از هدایت سنج چهار کاناله و طبق استاندارد F390:2003 میزان مقاومت الکتریکی سطحی نمونههای رسانا شده مورد ارزیابی قرار گرفت. در ارزیابی میزان مقاومت الکتریکی سطحی شدت جریان الکتریکی ثابت توسط منبع تغذیه به نمونه اعمال شد و تغییرات ولتاژ توسط مولتیمتر اندازهگیری شد. در نهایت مقدار متوسط مقاومت الکتریکی سطحی نمونه محاسبه شد(رابطه ۳).
(۲-۲) |