۳-۱-مقدمه
همانطور که در فصل گذشته توضیح داده شد، ابتدا به تعیین جرم مولکولی پلی وینیل الکل پرداخته شد. سپس نانوذرات CdS ساخته شد و از این نانوذرات برای تهیه نانوکامپوزیت Starch/PVA/CdS استفاده شد. در این فصل ابتدا جرم مولکولی پلی وینیل الکل تعیین خواهد شد، سپس به بررسی نتایج حاصل از نانوذرات CdS پرداخته شده است که از برخی ابزارهای شناسایی مانند SEM و XRD استفاده شده است. و در نهایت به بررسی تعدادی از خواص بارز نانوکامپوزیتها از جمله خواص نوری، خواص مکانیکی، خواص حرارتی، جذب آب و تخریب آنزیمی آنها پرداخته شده است. که به منظور بررسی استحکام کششی نمونهها از آزمون Tensile استفاده شد، برای بررسی خواص حرارتی از آزمون DSC و برای بررسی جذب آب از روش tea bag استفاده شد. در آخر خواص هر کدام از نمونههای نانوکامپوزیتی با هم مقایسه شد که نتایج حاصل بیانگر اثبات تشکیل نمونههای مورد نظر بوده و همچنین خواص مورد بررسی نسبت به ماتریس پلیمری بهبود یافته بود که همه این نتایج به صورت کامل در این فصل ارائه شده است.
۵۷
۳-۲- تعیین جرم مولکولی پلی وینیل الکل
همانطور که در فصل قبل گفته شد برای اندازه گیری جرم مولکولی پلیمر از ویسکومتر استوالد استفاده شد. زمان جاری شدن محلولهایی با غلظتهای مختلف در ویسکومتر اندازه گیری شد که این مقادیر، در جدول (۳-۱) گزارش شده است.
با بهره گرفتن از روابط ذکر شده در فصل ۲، مقدار ویسکوزیتهی ذاتی پلیمر به صورت زیر محاسبه شد:
بنابراین وزن مولکولی به صورت زیر بیان می شود:
۳-۳- شناسایی ساختار نانوذرات CdS
۳-۳-۱- نتایج XRD
ناحیه پرتو X در طیف الکترومغناطیس، در محدوده بین پرتو گاما و ناحیهی طول موج فرابنفش قرار دارد. با بهره گرفتن از این ناحیهی طیفی میتوان اطلاعاتی در خصوص ساختار، جنس ماده و نیز تعیین مقادیر عناصر به دست آورد. جامدات در مواجه با پرتو X مانند یک توری سه بعدی عمل می کنند و الگوی پراش خاصی دارند که طبق قانون براگ، در زوایای خاصی از تابش و انعکاس، تداخل سازنده به وجود می آید و منجر به ایجاد یک قله در طیف می شود. از روی پهنای پیک در طیف، میتوان ابعاد دانه های کریستالی را تخمین زد. این روش به علت سهولت و در دسترس بودن برای اثبات ساختار نانوکامپوزیت به کار میرود.
۵۸
نانوذرات CdS به روش همرسوبی تهیه شدند که برای اثبات تهیه این نانوذرات از آزمون XRD و SEM استفاده شد. شکل (۳-۱) الگوی پراش اشعهی ایکس (XRD) نانو ساختارهای تهیه شده CdS را نشان میدهد. پیکهای مشخص در تصویر، مربوط به صفحات (۱۱۱)، (۲۲۰)، (۳۱۱)، (۳۳۱) است و تطابق کامل با پیکهای مرجع دارد و تشکیل ساختار مکعبی را به اثبات میرساند. پیک ناخالص دیگری در این الگو مشاهده نمی شود که نشان دهنده فاز کاملاٌ خالص نمونه میباشد.
شکل (۳-۱)- الگوی XRD نانوذرات CdS
با بهره گرفتن از داده های الگوی پراش اشعه ایکس (XRD) و معادله دبای-شرر[۵۴] میتوان اندازه دانه های کریستالی CdS را محاسبه کرد. که در آن n مقداری ثابت دارد و معمولاٌ مقدار ۹/۰ برای آن در نظر گرفته شده است. مقدار طول موج دستگاه XRD است که در این کار، مقدار طول موج دستگاه برابر با ۱۵۴/۰ بود. پهنای بلندترین پیک در میانهی ارتفاع است. در طیف XRD مربوط به نانوذرات CdS، مقدار پهنای بلندترین پیک در نیمهی ارتفاع برابر با ۹۴۴۶/۰ میباشد. پهنای کامل در نیم- ماکزیمم بر حسب درجه است که در رابطه شرر باید به صورت رادیان وارد شود. θ زاویه براگ مربوط به پیک ناشی از پراش بر حسب درجه است که اندازه ذرات محاسبه شده و به طور تقریبی حدود nm 66/8 نانومتر به دست آمد.
به منظور تعیین دقیق اندازه نانوذرات، باید از تصاویر SEM استفاده شود. این تصاویر، توزیعی از اندازه ذرات در اختیار قرار می دهند.
۳-۳-۲- نتایج SEM
میکروسکوپ الکترونی روبشی یا SEM نوعی میکروسکوپ الکترونی است که قابلیت عکسبرداری از سطوح با بزرگنمایی ۱۰ تا ۱۰۰۰۰۰ برابر با قدرت تفکیکی در حد ۳ تا ۱۰۰ نانومتر (بسته به نوع نمونه) را دارد. نکتهای که در رابطه با بهره گرفتن از میکروسکوپ الکترونی روبشی با مد نظر قرار داد این است که، سطح نمونههایی که با میکروسکوپ SEM بررسی میشوند باید دارای هدایت الکتریکی باشند، در غیر این صورت تصویر حاصل ناپایدار میگردد.
برای بررسی بیشتر ریزساختار نمونههای نانوذرات ساخته شده از آزمون SEM با بزرگنماییهای مختلف استفاده شده است که نتایج آن در شکل (۳-۲) ارائه شده اند.
۶۰
شکل (۳-۲)- تصاویر SEM مربوط به نانوذرات CdS
شکل (۳-۲)، بزرگنماییهای متفاوتی از نانوذرات سنتز شده را نشان میدهد. همانگونه که در تصاویر مشخص است، برای نانوذرات CdS سنتز شده، تا حدودی انباشتگی و تجمع مشاهده می شود.
۶۱
همچنین تصاویر SEM موجود نشان می دهند که اندازه ذرات بسیار ریز است، با توجه به اندازه ذرات، میتوان نتیجه گرفت که انباشتگی و تجمع ذرات ناچیز و قابل صرفنظر کردن است.
بنابراین مشاهده می شود که نتایج حاصل از SEM، مطابقت خوبی با نتایج حاصل از آنالیز XRD و معادله شرر دارد.
۳-۴- شناسایی نانوکامپوزیتها
همان طور که توضیح داده شد، در این پژوهش به ساخت نانوکامپوزیت Starch/PVA/CdS به روش فرآوری محلول پرداخته شد و سپس به شناسایی و بررسی خواص آن پرداخته که نتایج برای هر کدام از آنها به تفکیک در زیر آمده است.
۳-۴-۱- نتایج XRD
همان طور که در شکل (۳-۳) مشاهده می شود، پیکهای مشخصه نانوذرات CdS در نمونههای نانوکامپوزیتی تهیه شده، در محلهایی که نانوذرات به صورت خالص دارای پیکهای بارز بوده است یعنی در ۹/۵۲ ،۲/۴۲ ،۶/۲۶=θ۲، به دلیل شدت بالاتر پیک کامپوزیت، این پیکها بسیار کوتاه شده اند و یا این که درون پیک زمینه پلیمری محو شده و از بین رفتهاند و قابل رویت نیستند که میتوان آن را گویای این مطلب دانست که پخش شدگی نانوذرات در بین ماتریس پلیمری به خوبی انجام شده است.
به منظور نمایش حضور نانوذرات در ساختار نانوکامپوزیت، از نمونه نانوکامپوزیتی ، طیف EDX و SEM گرفته شد.
۶۲
شکل (۳-۳)- الگوی XRD مربوط به نانوکامپوزیت Starch/PVA/CdS
۳-۴-۲- نتایج SEM
به منظور بررسی توزیع پراکندگی نانوذرات در زمینه پلیمر در نانوکامپوزیتهای Starch/PVA/CdS با درصدهای مختلف نانوذرات از دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) استفاده شد که این تصاویر در شکل (۳-۴) نشان داده شده است. با توجه به نتایج SEM مربوط به نمونههای نانوکامپوزیتی میتوان دریافت که نمونهها دارای بافتی همگن از نانوذرات در ماتریس پلیمر میباشند، که کمی کلوخه شدگی نانوذرات را در برخی نواحی به همراه داشته است. اما به طور کلی این ماده در بیشتر قسمت ها دارای بافتی همگن میباشد و میتوان گفت پخش شدگی در ماتریس پلیمری به خوبی صورت گرفته است.
۶۳
شکل (۳-۴)- تصاویر SEM مربوط به نانوکامپوزیتهای Starch/PVA/CdS
۳-۴-۳- نتایج EDX
طیف EDX فقط یک نمودار است که بر اساس دریافت انرژی ایکس از هر سطح انرژی
۶۴
رسم شده است. هر یک از پیکهای نشان داده شده در این نمودار مختص یک اتم بوده و بنابراین نشانگر فقط یک عنصر میباشند. پیکهای با ارتفاع بیشتر در طیف به معنی غلظت بیشتر عنصر مورد نظر در نمونه است. در خصوص طیف EDX این نکته را باید ذکر کرد که نوع اشعه X آزاد شده ممکن است متفاوت باشد، به طور مثال اگر الکترون از لایه L به لایه K مهاجرت کند به اشعه آزاد شده پیک K-Alpha و به پیک ناشی از رفتن الکترون از لایه M به لایه K پیکK-Beta میگویند.
به منظور بررسی حضور عناصر موجود در نانوذرات (Cd,S) در زمینه پلیمری از آزمون آنالیز عنصری با تفکیک انرژی پرتو ایکس (EDX) استفاده شد. همانطور که در شکل (۳-۵) مشاهده می شود حضور عناصر مورد نظر در نمونه تهیه شده تاًیید گردیده و این آزمون مکملی برای روشهای XRD و SEM محسوب می شود و موًید اثبات حضور ماده مورد نظر است. در جدول (۳-۱) درصد حضور عناصر موجود در نمونه گزارش شده است. البته این روش درصد حضور عناصر را به صورت تقریبی به ما میدهد.
جدول (۳-۱)- درصد تقریبی عناصر موجود در نانوکامپوزیت Starch/PVA/CdS
