امروزه کامپوزیتهای حاوی نانولوله های کربنی و مواد بیوپلیمر با توجه به خواص مکانیکی، الکتریکی، حرارتی و نوری بهبود یافته و علاوه بر آن زیست سازگاری مناسب، دارای کاربردهای فراوانی در زمینه های مختلف مانند مهندسی، پزشکی و بسیاری از صنایع دیگر هستند. ساختارهای مختلفی از این کامپوزیتها تهیه شده است که ساختار لیفی، با توجه به آرایش یافتگی پرکننده و ساختمان نسبتا" تک بعدی، از جمله مهمترین آنها می باشد. در این پایان نامه دو نوع از الیاف کامپوزیتی، الیاف کیتوسان- نانولوله کربنی چند لایه و همچنین فیبروئین- نانولوله کربنی چند لایه ، با استفاده از روش ترریسی ساخته شدند. عامل دارشدن سطح نانولوله های کربنی توسط بیوپلیمرهای کیتوسان و فیبروئین با استفاده از تکنیکهای طیف سنجی مادون قرمز و رامان بررسی شد. خواص مختلف رئولوژیکی، مکانیکی، الکتریکی و حرارتی نمونه های منتخب پس از تهیه محلول ریسندگی و پس از ساخت الیاف مورد بررسی قرار گرفتند. محلولهای ریسندگی کیتوسان - نانولوله کربنی چند لایه و همچنین فیبروئین- نانولوله کربنی چند لایه از خود رفتار غیر نیوتونی نشان داده و ویسکوزیته آنها در اثر برش کاهش می یابد. تصاویر تهیه شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی از سطح مقطع الیاف نشانگر توزیع یکنواخت نانولوله های کربنی مجزا در ماتریس بیوپلیمری می باشد و همچنین در اثر افزایش نانولوله های کربنی افزایش قابل ملاحظه ای در تخلخل الیاف مشاهده شد. نتایج کسب شده از ارزیابی میزان رسانایی نمونه های الیاف با درصدهای مختلف - نانولوله کربنی چند لایه نشان دهنده هدایت الکتریکی در آستانه نفوذ برای الیاف کیتوسان - نانولوله کربنی چند لایه مقدار s/cm 107/0 و الیاف فیبروئین- نانولوله کربنی چند لایه مقدار ms/cm 1111/0می باشد. بررسی های صورت گرفته در زمینه خواص مکانیکی الیاف کیتوسان حاوی نانولوله های کربنی نشان دهنده %8/81 افزایش در مدول یانگ و %94/87 افزایش در استحکام نمونه ها در اثر افزایش % 0/1 نانولوله کربنی به الیاف می باشد. در الیاف فیبروئین حاوی نانولوله های کربنی به دلیل بوجود آمدن تبلور بالا در اثر حمام انعقاد الکلی انجام تستهای مکانیکی روی این الیاف امکان پذیر نبود. تستهای آنالیز حرارتی الیاف و تجزیه گرمایی تفاضلی و همچنین گرماسنجی پویشی تفاضلی نشان دهنده بهبود پایداری حرارتی هر دو نوع لیف کامپوزیتی می باشد بطوریکه دمای نهایی تخریب حرارتی الیاف کیتوسان از °c459 در الیاف خالص به °c537 در الیاف کامپوزیتی و در الیاف فیبروئین از °c245 در الیاف خالص به °c270 در الیاف کامپوزیتی می رسد.

در دهه اخیر نانوالیاف کربن به علت ویژگی هایی همچون مساحت سطح و نسبت طول به قطر زیاد، به عنوان جاذبی موثر در حذف آلاینده های آب و پساب، مورد توجه قرار گرفته است. افزایش تخلخل سطحی و مساحت سطح ویژه نانو الیاف کربن به وسیله روشهای فعال سازی فیزیکی و شیمیایی، سبب بالا رفتن بازده آنها در حذف آلاینده ها شده است. در این تحقیق، نانو الیاف کربن فعال در سه مرحله الکتروریسی محلول پلی اکریلو نیتریل در دی متیل فرمامید به عنوان پیش ماده، پایدارسازی نانوالیاف الکتروریسی شده و کربنیزاسیون و فعال سازی فیزیکی همزمان نانوالیاف پایدار شده در اتمسفر گاز نیتروژن، تولید شد. در هر یک از مراحل تولید، شرایط بهینه با تغییر پارامترهای موثر بر فرایند و آنالیز محصول نهایی انتخاب شد. در مرحله الکتروریسی، پارامترهای موثر بر قطر ویکنواختی وب حاصل از جمله غلظت محلول، ولتاژ اعمال شده و نرخ تغذیه به وسیله تصاویر sem مورد مطالعه قرار گرفت. اثر متغیر های فرایند پایدارسازی مانند دما، زمان ماندگاری ونرخ افزایش دما بر پیشرفت واکنش به وسیله مطالعات ftir، dscو xrdارزیابی شد. خصوصیلت سطحی نانوالیاف کربنِ متخلخل نهایی به وسیله اندازه گیری جذب نیتروژن با استفاده از معادله bet بررسی شد. نتایج نشان داد که مساحت سطح ویژه، تخلخل و حجم کلی حفره ها در طی فعال سازی فیزیکی افزایش می یابد. افزایش دمای فعال سازی از 800 به ?1200 منجر به بهبود تخلخل سطحی، حجم حفره و مساحت سطح ویژه به ترتیب تا مقادیر 60%،? cm?^3/g 532/0 و ? cm?^(2 )/g840 شد. پهنای حفره در تمام نمونه های فعال شده در حدود 7/0 نانومتر بود که وجود ساختار میکرومتخلخل را برای آنها تأیید می کند. طیف های xrd نمونه های کربنیزه شده ساختار کریستالی هگزاگونال رابا فاصله بین صفحه 368/0 نانومتر نشان داد که به فاصله بین صفحات گرافیتی (335/0 نانومتر) نزدیک است و تبدیل قابل توجه نانوالیاف اولیه رابه نانوالیاف کربن نشان می دهد.

ژل های پلیمری نزدیک ترین مواد برای شبیه سازی حرکت نرم و مشخصه های اکچواتورهای طبیعی هستند و مشخصه های مطلوب تورم، جمع شدن و خم شدگی در محلول های آبی، در پاسخ به تغییرات کوچک محرک خارجی مانند تغییر ph، میدان الکتریکی، دما و نور تولید می کنند. این خواص بی همتا امکان تولید سیستم تحریک شونده نرم از ژل های پلیمری را فراهم ساخته و برای تولید میکروسیستمی که محدودیت هایی در ابعاد، وزن و مصرف انرژی دارد، مناسب می باشد. در این تحقیق سه نوع از الیاف pan با کومنومرها و شرایط تولید متفاوت، توسط عملیات پایدارسازی حرارتی و هیدرولیز قلیایی به الیاف ژلی تبدیل گردیده و سپس مشخصه های تورم و جمع شدگی آن ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که هر سه لیف در ph قلیایی به شدت متورم شده و در ph اسیدی منقبض شدند، ولی مقدار تورم و انقباض برای سه لیف متفاوت بوده و به ساختار شیمیایی و فیزیکی لیف اولیه بستگی داشت. در عین حال نحوه انجام عملیات حرارتی و مقدار موثر وقوع واکنش های انجام شده در طول مرحله پایدارسازی حرارتی، در تعیین میزان تحریک پذیری الیاف ژلی pan بسیار تأثیرگذار بود، که تعیین مقدار موثر واکنش های به وقوع پیوسته، تابعی از تقدم و تأخر واکنش های انجام شده حین عملیات حرارتی است. به منظور تعیین شرایط بهینه برای فعال سازی الیاف pan، دماهای پایدارسازی مختلف به کار گرفته شد و جهت فهم تأثیر دمای پایدارسازی بر تغییر ساختار الیاف pan و تأثیر نهایی آن بر رفتار تحریک پذیر الیاف ژلی، الیاف پایدارشده در هر دما تحت آنالیزهای ftir، dsc، tga، xrd، sem و تعیین چگالی قرار گرفتند. طی عملیات پایدارسازی حرارتی، واکنش های حلقوی شدن، اکسیداسیون و هیدروژن زدایی در الیاف به وقوع پیوست، که باعث تغییر ساختار الیاف از حالت زنجیری خطی به ساختاری حلقوی با اتصالات جانبی شد. فهم زمان دقیق وقوع هر یک از واکنش ها که به نوع لیف و ساختار و کومنومرهای به کار رفته در آن وابسته است، به تعیین دمای پایدارسازی بهینه برای فعال سازی الیاف pan کمک می کند. با توجه به نتایج به نظر می رسد که مراحل آغازین واکنش های حلقوی شدن، بهترین دمای پایدارسازی برای حصول بالاترین تغییرات طولی و قطری در الیاف pan است.