بررسی خصوصیات منسوج لایهنشانی شده با نانولولههای کربنی
همانطور که در فصل دوم بیان شد در ابتدا زیرلایههای آماده شده با بهره گرفتن از پلیمر رسانا لایهنشانی شده سپس لایهای از نانولولههای کربنی بر روی سطح لایهنشانی شده است. به منظور لایهنشانی سطح منسوج با نانولولههای کربنی روشهای مختلفی بکار گرفته شد.
در ابتدا، لایهنشانی به روش فیلتراسیون با بهره گرفتن از قیف بوخنر و پمپ خلا انجام شد. در این روش به دلیل اختلاف فشار ایجاد شده در دو طرف قیف، آب یا اتانول (با توجه به دیسپرسیون تهیه شده) خارج شده و لایه ای از نانولولههای کربنی بر روی سطح پارچه تشکیل شد. اما این لایهی تشکیل شده چسبندگی بسیار ضعیفی داشته و پس از خشک شدن به راحتی از روی سطح جدا گردید. به منظور بهبود در چسبندگی بین نانولولهها و سطح زیرلایه، از فرایند پلاسمای اکسیژن و هیدرولیز قلیایی استفاده شد. اما بهبود زیادی در کیفیت لایهی تشکیل شده ایجاد نشد. در شکل ۳-۱۵ تصویر نوری میکروسکوپ نوری پارچهی پلیاستری لایهنشانی شده با نانولولههای کربنی به روش فیلتراسیون نشان داده شده است. با توجه به تصویر یک لایه پیوسته و یکنواختی از نانولولههای کربنی ایجاد نشد و فقط در بعضی نقاط تجمعاتی از نانولولههای کربنی مشاهده می شود. واضح است که در صورت تشکیل نشدن یک لایهی پیوسته از نانولولههای کربنی، انتقال الکترون و درنتیجه ایجاد رسانایی ممکن نخواهد بود.
شکل ۳‑۱۵- تصویر میکروسکوپ نوری پارچهی لایهنشانی شده با نانولولههای کربنی به روش فیلتراسیون
در روش الکتروریسی از پلیمر کمکی پلیوینیل الکل استفاده شد. بدیت ترتیب که نانولولههای کربنی به محلول ۱۰ درصد پلیویننیل الکل اضافه شد. در این روش هم لایهی مناسب و با کیفیتی بر روی سطح زیرلایه ایجاد نشد (شکل ۳-۱۶).
شکل ۳‑۱۶- تصویر میکروسکوپ نوری پارچهی لایهنشانی شده با نانولولههای کربنی به روش الکتروریسی
در روش الکترو اسپری، دیسپرسیون تحت میدان الکتریکی ایجاد شده بر روی سطح زیرلایه اسپری شد. در این روش از پلیمر کمکی پلیوینیل الکل استفاده شد. هنگامی که از محلول ۱۰ درصد پلیوینیل الکل استفاده شد لایه ای از نانولولهی اسپری شده به همراه نانوالیاف پلیوینیل الکل، بر روی سطح زیرلایه تشکیل شد. حتی هنگامی که از محلول ۱ درصد پلیوینیل الکل استفاده شد باز هم لایهی تشکیل شده نایکنواخت و ناپیوسته میباشد(شکل ۳-۱۷).
شکل ۳‑۱۷- تصویر میکروسکوپ نوری پارچهی لایهنشانی شده با نانولولههای کربنی به روش الکترواسپری
در روش چاپ جوهر افشان، لایهای نازک و یکنواخت از نانولولههای کربنی بر روی سطح زیرلایهتشکیل شد اما در چاپ اول و دوم و سوم لایهی تشکیل شده هیچگونه رسانایی از خود نشان نداد. در چاپ ۴ لایه و ۵ لایه مقاومت الکتریکی بسیار بالایی(برای چاپ ۴ لایه MΩ/Sq 36 و برای چاپ ۵ لایه MΩ/Sq 15) مشاهده شد اما پس از اینکه نمونه به طور کامل خشک گردید دیگر رسانایی نداشته و عایق شد. علت این امر از بین رفتن مسیرهای الکترونی پس از تبخیر حلال میباشد. به دلیل پخش شدن جوهر کاتریج بر روی سطح زیرلایه در چاپ بیشتر از ۵ لایه و خراب شدن دستگاه امکان چاپ لایه های بیشتر با مقاومت الکتریکی سطحی کمتر وجود نداشت. در شکل ۳-۱۸ تصویر میکروسکوپ نوری منسوج چاپ شده با نانولولهی کربنی (چاپ ۴ لایه) نشان داده شده است. همانطور که در تصویر دیده می شود سطح زیرلایه با لایهای یکنواخت از نانولولههای کربنی پوشیده شد.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
وقتی که نانولولههای کربنی بر روی زمینه مورد نظر چاپ میشوند و حلال تبخیر می شود، شبکه های نانولوله به صورت رندوم بر روی زیرلایه باقی میماند. بعضی از نانولولههای کربنی ممکن است بدون داشتن تماس با دیگر نانولولهها کاملا مجزا و تک قرار بگیرند که در این صورت الکترونها در نانولوله حبس میشوند. درنتیجه نانولولهی مجزا نمیتواند تاثیری در هدایت فیلم چاپ شده داشته باشد. بعضی از نانولولههای کربنی ممکن است در تماس با دیگر نانولولههای کربنی قرار بگیرند. ایجاد یک مسیر الکترونی ضروری است تا الکترونها بتواند از یک نانولوله به نانولولهی دیگر بروند و درنتیجه باعث ایجاد جریان و نهایتا رسانایی در فیلم چاپ شده شوند. چاپ چندلایه رسانایی را افزایش میدهد چون هر لایهی اضافی باعث ایجاد شبکه متراکمتر و درنتیجه مسیرهای الکترونی بیشتری تولید می کند [۸۹].
شکل ۳‑۱۸- تصویرمیکروسکوپ نوری منسوج لایهنشانی شده با نانولولههای کربنی به روش چاپ جوهرافشان
در روش اسپری جوهر آماده شده با بهره گرفتن از پیستولهی HVLP به کمک پمپ باد بر روی سطح اسپری شد. که یک لایهی یکنواخت با چسبندگی خوب بر روی سطح زیرلایه تشکیل شد.
بررسی مورفولوژی منسوج لایهنشانی شده با نانولولههای کربنی به روش اسپری
پس از لایهنشانی سطح با پلیمر رسانا سطح زیرلایه توسط نانولولههای کربنی چند دیواره پوششدهی شد. در شکل ۳-۱۹ و ۳-۲۰ تصویر میکروسکوپ الکترونی پویشی زیرلایههای پوشیده شده با نانولولههای کربنی نشان داده شده است. از مقایسه سطح زیرلایه قبل و بعد از لایهنشانی با نانولولههای کربنی میتوان شدت تغییرات سطح را مشاهده کرد. مورفولوژی سطح بعد از لایهنشانی با نانولولههای کربنی متفاوت میباشد و نانولولههای کاملا قابل مشاهده میباشند.
شکل ۳‑۱۹- تصویر میکروسکوپ الکترونی پویشی زیرلایهی پوششدهی شده با پلی پیرول قبل از لایهنشانی با نانولولههای کربنی
شکل ۳‑۲۰- تصویر میکروسکوپ الکترونی پویشی نمونههای لایهنشانی شده با نانولولههای کربنی
شکل ۳‑۲۱- تصویر میکروسکوپ الکترونی پویشی پارچهی پلیاستری لایهنشانی شده با پلیانیلین و نانولولههای کربنی
مقاومت الکتریکی سطحی و تغییرات وزن منسوج لایهنشانی شده با نانولولههای کربنی
به منظور بررسی بازده لایهنشانی و میزان لایهی تشکیل شده بر روی سطح الیاف، تغییرات وزن قبل و بعد از لایهنشانی در جدول ۳-۳ نشان داده شده است.
با توجه به جدول ۳-۳ وزن تمامی نمونههای لایهنشانی شده افزایش یافته است. این روند افزایشی نشاندهنده تشکیل لایهی نانولولههای کربنی بر روی سطح زیرلایهی مورد نظر میباشد. درصد افزایش وزن نمونهها متفاوت میباشد. با توجه به اینکه نمونهها افزایش وزن داشتند اما در تمامی نمونهها، مقاومت الکتریکی سطحی بسیار زیاد افزایش یافته است. این امر می تواند به دو علت باشد:
- پس از لایهنشانی نانولولههای کربنی، زیر لایه به مدت ۱۰ دقیقه در آب دوبار تقطیر غوطهور گردید تا سطح فعال از روی سطح برداشته شود که ممکن است مقداری از دیسپرسیون لایهنشانی شده روی سطح پارچه وارد محلول شود.
- سطح فعال به طور کامل از روی سطح برداشته نشده باشد. از آنجایی که سطح فعال عایق است باعث کاهش رسانایی و درنتیجه افزایش مقاومت الکتریکی سطحی میگردد.
جدول ۳-۳- تغییرات مقاومت الکتریکی سطحی و وزن نمونهها قبل و بعد از لایهنشانی با نانولولههای کربنی
شماره نمونه
کد نمونه
وزن اولیه (g)
وزن ثانویه (g)
مقاومت اولیه (Ω/Sq)
مقاومت ثانویه (Ω/Sq)
درصد افزایش وزن
۱
H-ppy-CNT
۰۷۸۹/۰
۰۷۹۴/۰
۴۲
۱۲۸
۵۳۳/۰
۲
H-Cu-ppy-CNT
۰۹۸۷/۰
۰۹۹۵/۰
۶۱
۱۱۲
۸۱۰/۰