تهیه نانو کامپوزیت های زیست تخریب پذیرالکترواکتیو بر پایه پلی ساکارید های اصلاح شده/ گرافن/ پلی آنیلین ویا پلی پیرول و بررسی کاربردهای آنها

: درپی افرایش آلودگی های محیط زیست و کاهش تدریجی منابع انرژی سنتی از قبیل نفت وگاز، پژوهشگران، صنایع و مراکز تحقیقاتی در سرتاسرجهان توجه خود را برای تولید انرژی تجدیدپذیر و حامل های انرژی با حداقل مقدار نشر گاز co2 معطوف نموده اند. سلولوز و مشتقات آن جزء فراوان ترین پلیمرهای طبیعی هستد که به دلیل زیست تخریب پذیری، زیست سازگاری و تجدیدپذیر بودن می توانند جایگزین های مناسبی برای پلیمرهای سنتزی حاصل از نفت باشند. اما پلیمر های طبیعی فوق به تنهائی خواص مکانیکی خوبی نداشته و فرایندپذیر نیستند؛ علت این امر به خاطر تشکیل پیوندهای هیدروژنی درون مولکولی و بین مولکولی گروه های هیدروکسیل موجود می باشد که سبب می شود حلالیت آنها در آب و حلال های آلی مرسوم، بسیار کم باشد و از طرفی باعث می شود که پلیمرهای فوق نقطه ذوب معینی نداشته باشند. برای حل مشکل فوق لازم است تا این پلیمر های طبیعی به نحو مناسبی اصلاح شوند. یکی از روش های اصلاح خواص سلولوز تهیه کامپوزیت پلیمر طبیعی با مواد مناسب دیگری است که بتواند خواص نامطلوب آن را بهبود بخشد. گرافن یکی از نانوساختارهای کربن است که از سال 2004 تا کنون به دلیل خواص جالب و بی نظیرش مورد توجه محققان و پژوهشگران قرار گرفته است. از ویژگی های گرافن می توان به هدایت گرمائی بالا، هدایت الکتریکی بالا، سطح ویژه بزرگ، خواص مکانیکی خوب، زیست سازگاری و قیمت کم آن اشاره نمود. بررسی منابع علمی نشان می دهد که گزارش های محدودی در رابطه با تهیه کامپوزیت های گرافن– سلولوز انتشاریافته است. با این حال در اکثر موارد کامپوزیت های گرافن– سلولوز برای تهیه کاغذها و فیلم های با استحکام کششی بالا به کار رفته است. با توجه به موارد اشاره شده در بالا به نظر می رسد با تهیه کامپوزیت های فوق بتوان خواص سلولوز و مشتقات آن را در سطح قابل قبولی بهبود بخشید.از طرف دیگر در سال های اخیر کامپوزیت های رسانای الکتریکی با استفاده از پوشش سطح سلولوز از طریق پلیمریزاسیون اکسایشی در محل تهیه گردیده است. همچنین کامپوزیت هائی از گرافن– پلی آنیلین برای تهیه موادی با استحکام مناسب و رسانائی بالا تهیه شده اند که اغلب در تهیه ابرخازن ها کاربرد دارند. لذا انتظار می رود کامپوزیت های سلولوز– گرافن و سلولوز- گرافن اکسید بستر مناسبی برای پلیمریزاسیون پلیمرهای رسانا نظیر پلی آنیلین باشد که در نهایت منجر به تهیه پلیمرهای الکترواکتیو با خواص مکانیکی خوب گردد. در کار پژوهشی حاضر کامپوزیت های سه تائی الکترواکتیو از سلولوز با مشتق سلولوز/گرافن یا گرافن اکسید/پلی آنیلین تهیه شدند. این تحقیق در سه بخش انجام گرفته است. در بخش اول مواد اولیه برای تهیه کامپوزبت های سه تائی، که شامل تهیه نانوکریستال های سلولوز از سلولوز میکروکریستالی، تهیه نانوکریستال های سلولوز استات و سنتز گرافن اکسید از گرافیت است، تهیه شده و مورد شناسائی قرار گرفتند. در بخش دوم کامپوزیت های دوتائی از سلولوزو یا مشتقات سلولوز- گرافن یا گرافن اکسید تهیه شدند که خود این بخش در دو قسمت انجام گرفت که شامل تهیه کامپوزیت های دوتائی از طریق پیوند کووالانسی و دیگری از طریق پیوند غیرکووالانسی است. در قسمت اول نانوکریستال های سلولوز و گرافن اکسید با روش های مختلف از طریق پیوند کووالانسی (پیوند استری، آمیدی و واکنش کلیک) به همدیگر متصل شدند که بهترین روش از میان روش های مورد بررسی واکنش کلیک بود. برای انجام این واکنش نانوکریستال های سلولوزبه صورت پروپارژیل سلولوز نانو کریستال (pg-ncc) و گرافن اکسید به صورت go-n3 عاملدار شدند. واکنش کلیک بین مواد فوق برای تهیه نانوکامپوزیت ncc-click-go که نانو هیبرید هم محسوب می شود انجام گرفت و در نهایت کاهش این ترکیب منجر به تهیه ncc-click-rgo گردید که با تکنیک های ft-ir، raman ، uv-vis، 13c nmr و dept135 nmr مورد شناسائی قرار گرفتند؛ همچنین با تکنیک tga درصد استخلاف و پایداری نانوهیبرید تهیه شده مورد بررسی قرارگرفت. از نانوهیبرید تهیه شده فوق برای اصلاح سطح الکترود gc استفاده گردید که نتایج خوبی به همراه داشت. در قسمت دوم نانوکامپوزیت های دوتائی از میکروکریستالین سلولوز-گرافن (mcc-rgo)و نانوکریستالین سلولوز استات-گرافن اکسید (ncca/go) با در صد های متفاوت از گرافن اکسید و یا گرافن از طریق پیوندهای غیر کووالانسی تهیه شدند. تهیه نانو کامپوزیت ها با تکنیک هائی نظیر ft-ir، raman ، uv-vis و xrd تایید شدند. سپس بهترین درصد از هرکدام از نانوکامپوزیت ها (از نظر پایداری در محلول و یا از نظر استحکام کششی) برای پلیمریزاسیون در محل آنیلین و تهیه نانوکامپوزیت های سه تائی مورد استفاده قرار گرفت. بخش سوم کار نیز در دوقسمت انجام شد قسمت اول شامل تهیه نانو کامپوزیت های سه تائی از طریق واکنش پلیمریزاسیون در محل آنیلین بر روی کامپوزیت های دوتائی تهیه شده از طریق اتصال غیر کووالانسی بوده و قسمت دوم، واکنش الکتروپلیمریزاسیون آنیلین برروی نانو هیبرید ncc-click-rgo است. در قسمت اول نانو کامپوزیت های سه تائئ mcc/rgo/pani و ncca/go/pani از طریق پلیمریزاسیون در محل آنیلین بر روی نانو کامپوزیت های دوتائی mcc/rgo و ncc/go تهیه شده و مورد شناسائی قرارگرفتند، الکترواکتیویته این کامپوزیت ها با استفاده از ولتاگرام چرخه ای موردبررسی قرار گرفت و مشخص شد که نانوکامپوزیت های تهیه شده الکترواکتیو بوده و از رسانائی خوبی نیز برخوردارند. آنالیز گالوانواستاتیک برای نانوکامپوزیت ncca/go/pani نشان داد که این ترکیب از توانائی شارژ-دشارژ شدن خوبی برخوردار بوده و می تواند به عنوان ابرخازن مورد استفاده قرار گیرد. در قسمت دوم واکنش الکترو پلیمریزاسیون آنیلین در یک سل 3 الکترودی بر روی نانو کامپوزیت ncc-click-rgo که بر سطح الکترود gc نشانده شده بود، برای تهیه نانو کامپوزیت سه تائی ncc-click/rgo/pani انجام گرفت. ولتاگرام چرخه ای این نانو کامپوزیت مشخص نمود نانوکامپوزیت ncc-click-rgo بستر مناسبی برای رشد پلی آنیلین می باشد و با بهبود شرایط پلیمریزاسیون می توان از آن به عنوان یک الکترود دولایه در سیستم های الکترونیکی استفاده نمود