نام پژوهشگر: روح الله مهدی نواز
مینا یزدان پناه کیوان شعبانی
این تحقیق به منظور تولید نانوفیبرهای کربن از پیش مادهی پلیمری، بررسی های طیف سنجی زیر قرمز و تحلیل نتایج آماری به دست آمده از طیفها بنا گردید. در این راستا ابتدا پیش مادههای موجود برای تولید نانوفیبرهای کربن بررسی شده و پلیمر پلی وینیل الکل به دلیل دارا بودن محتوای کربنی بالا انتخاب گردید. دلیل دیگر این انتخاب این پلیمر تحقیقات مدون نادری بود که در زمینهی تولید نانوفیبرهای کربن از این ماده وجود داشت. پس از انتخاب پلیمر و با توجه به امکانات موجود برای تولید نانوفیبرهای پلیمری، تکنیک الکتروریسی به عنوان روش تولید انتخاب گردید و پارامترهای موثر بر فرایند الکتروریسی پلیمر پلی وینیل الکل مورد بررسی قرار گرفت. پارامترهای فرایندی مورد مطالعه عبارت بودند از: 1-غلظت محلول پلیمری (c)، 2-ولتاژ اعمالی (v)، 3-فاصله نوک نازل حاوی محلول پلیمر تا صفحهی جمع کننده (d) و 4- سرعت تزریق محلول. در ادامه با انجام یک طراحی مرکب مرکزی (ccd) که بر پایهی روش پاسخ سطح استوار (rsm) بود 30 آزمایش طراحی و اجرا گردید. با بررسی تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونهها و قرار دادن قطر نانوفیبرها به عنوان پاسخ، شرایط بهینهی الکتروریسی پلی وینیل الکل با هدف دستیابی به کمترین قطر به دست آمد. سپس از 30 نمونه نانوفیبر تولید شده طیف زیر قرمز نزدیک توسط طیف سنج فیبر نوری تهیه شد و یک مدل کالیبراسیونی بر پایهی روش غیرخطی حداقل مربعات جزئی بر اساس تفاوت قطر نمونهها تهیه شد که قادر به پیشگویی قطر با صحت 99% هم در سری تست و هم در سری ارزیابی بود که در نوع خود روشی نوین بر پایهی طیف سنجی زیر قرمز و شیمی سنجی محسوب میشود. به دلیل پایداری حرارتی پایین نمونهها به دلیل دمای ذوب پایین و در نتیجه دستیابی به بازده پایین پس از کربنی کردن، دو روش متفاوت برای بالا بردن پایداری نمونهها پیشنهاد و عملی گردید. در روش اول بر روی نانوفیبرها عملیات یدی انجام گردید که فرایند آبگیری از آنها را بهبود میبخشید. با بررسی نمونههای یدی شده با آنالیز وزن سنجی حرارتی مشخص گردید که وزن باقی مانده در نمونههای یدی شده 30 برابر نمونههای یدی نشده است. در روش دوم از افزایش نمک فلزی به محلول الکتروریسی پلیمر به عنوان یک روش اثرگذار بر پایداری حرارتی نانوفیبرها استفاده شد. بررسیهای وزن سنجی حرارتی انجام شده بر روی نانوفیبرهای کامپوزیتی تولید شده حاکی از آن بود که باقی ماندهی وزنی نسبت به نانوفیبرهای خالص پلیمری از 1% به 16% افزایش نشان میدهد. استفادهی همزمان از عملیات یدی و افزایش نمک فلزی نشان از باقی ماندهی وزنی 33% در آنالیزهای وزن سنجی حرارتی داشت. پس از اطمینان از کسب پایداری حرارتی لازم نمونهها برای دستیابی به دمای بهینهی کربنی کردن، نانوفیبرهای پلی وینیل الکل در 3 دمای 700، 900 و 1100 درجه سانتیگراد کربنی شدند. نمونههای به دست آمده از این سه دما از نظر ظاهری و بررسی شده و با توجه به تشکیل ساختارهای گرافیتی بیشتر در دمای بالاتر و ظاهر فیبری بهتر، دمای 1100 درجه سانتیگراد به عنوان دمای بهینهی کربنی کردن انتخاب گردید. به این ترتیب نمونههای نانوفیبری حاوی نمک نیز در همین دما یعنی 1100 سانتیگراد کربنی شدند. نتیجهی به دست آمده از آنالیز های انجام گرفته حاکی از برتری نمونههای کربنی تولید شده از نانوفیبرهای حاوی نمک و یدی شده نسبت به حالت یدی نشده داشت.