توليد پارچه‌هاي رسانا/ مغناطيسي چندمنظوره با روش سنتز درجا نانوساختارهاي كامپوزيتي MWCNTs-COOH/ Fe3O4

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي نساجي

كارشناسي ارشد

نانوذرات مگنتايت (Fe3O4) به دليل داشتن خواص منحصربه‌فردي همچون خاصيت فراپارامغناطيس، سازگاري زيستي، جذب امواج و سادگي سنتز در كاربردهاي متنوعي همچون حسگرها، گرمادرماني، دارورساني و ذخيره داده استفاده مي‌شوند. يكي ديگر از نانوساختار هاي بسيار پركاربرد، نانولوله‌هاي كربني چندديواره (MWCNTs) هستند. اين مواد با خواص منحصربه‌فرد مانند رسانايي خوب، مقاومت در برابر شعله و استحكام كششي براي كاربردهايي نظير پزشكي، حسگرها و فيلترها قابل استفاده هستند. در سال¬هاي اخير، سنتز نانوساختارهاي Fe3O4/MWCNTs با خواص مطلوب الكتريكي-مغناطيسي يكي از حوزه¬هاي پژوهش هايي جديد به شمار مي¬رود. در اين پژوهش، نانولوله‌هاي كربني چندديواره عامل دارشده با كربوكسيل اسيد (MWCNT-COOH) و نانوذرات مگنتايت به‌صورت سنتز درجا نه‌تنها با يكديگر يك نانوساختار جديد را تشكيل داده‌اند، بلكه به‌صورت درجا برروي پارچه حلقوي نايلون لايه نشاني شدند. حضور يك بستر پارچه‌اي حلقوي باعث شده تا كاربردهاي منحصربه‌فردي نيز به پارچه نهايي افزوده شود. به‌منظور مشخصه يابي و بررسي اثر مقدار نسبت وزني مواد بر خواص پارچه نهايي، لايه نشاني بر روي پارچه با نسبت‌هاي وزني مختلف نمك‌هاي آهن به نانولوله‌هاي كربني چندديواره به ترتيب 1:1، 2:1، 4:1، 6:1 و 8:1 انجام شدند و مورفولوژي ، آناليز شيميايي، ريزساختار، هدايت الكتريكي، خواص مغناطيسي، خواص مقاومت در برابر شعله، خواص گرمانوري و ضدباكتري مطالعه شدند. نتايج FESEM و مورفولوژي نشان داد كه افزايش مقدار نمك‌هاي آهن بر مورفولوژي تأثير دارد و تا نسبت 2 لايه‌اي، نسبت 4 و 6 تركيب لايه و ذرات و نسبت 8 نيز مجدد لايه‌اي است؛ همچنين نانوذرات مگنتايت باعث جوش خوردگي نانولوله‌هاي كربني شدند. اين تغييرات مورفولوژي در خواص مغناطيسي پارچه نيز مشاهده شد. با افزايش مقدار لايه نشاني و درشت‌تر شدن اندازه ذرات، خاصيت مغناطيسي تا نسبت 6 روند افزايشي (از emu/g 06/0 تا 00/1) و سپس در نسبت 8 كاهش يافت (emu/g 71/0) كه به دليل تمايل جذب بيشترذرات در محلول است. اين روند در طيف XRD نيز با تغييرات اندازه بلور نانوذرات مگنتايت قابل‌مشاهده بود. به‌طوركلي افزايش نمك‌هاي آهن باعث بهبود جذب نانولوله‌هاي كربني به پارچه و افزايش لايه نشاني و رسانايي شدند اما با تشكيل ذرات درشت‌تر در نسبت‌هاي بالاتر كمي باعث ايجاد اختلال در رسانايي شدند.همچنين رسانايي مواد يك روند وابسته به مورفولوژي و عدم وابستگي خطي با افزايش نسبت هاي سنتز از خود نشان داد و در نسبت سنتز 2 بيشترين مقدار S/m 78/4 بدست آمد اما با توجه به نتايج،بهينه ترين حالت كه بتوان هر دو خاصيت مغناطيسي و رسانايي را به مقدار مناسبي ايجاد كرد، نسبت سنتز 6 است. افزودن اين نانوساختار ها به پارچه نه‌تنها باعث بهبود خواص مقاومت در برابر شعله پارچه‌ها و كاهش حدود 50% طول سوختن شد؛ بلكه خاصيت گرمانوري بسيار مناسبي به پارچه‌ها افزود. نمونه بهينه پارچه در فاصله 10 سانتي متر از منبع نوري تا دماي°C 81 در 106 ثانيه گرم شد و خاصيت گرمانوري پارچه همچنين در حالت چرخه اي مطالعه شد و مشاهده شد كه بعد از پنج چرخه قابليت برگشت پذيري مناسبي در اين خاصيت وجود دارد و در فاصله 15 سانتي متري از منبع همچنان پارچه در همه ي سيكل‌ها به دماي 65 رسيد و مجدد به دماهاي پايين بازگشت. پارچه چندكاربردي توليد شده همچنين خواص ضدباكتري بسيار مناسبي از خود نشان داد؛ به طوري كه در حالت بدون تابش براي باكتري E. coli تا 88/69% و با تابش 92/99% از باكتري ها و براي باكتري S. areus نيز در حالت بدون تابش 7/64% و با تابش 7/99% از باكتري ها را از بين برد. در نهايت با توجه به نتايج و هدف اصلي اين پژوهش، يك پارچه چندكاربردي رسانا و مغناطيسي، با خواص مقاوم در برابر شعله، گرمانوري و ضدباكتري به دست آمد كه مي تواند در كاربري‌هايي همچون انواع حسگر نيز استفاده شود.

230929

شيمي نساجي و علوم الياف

مهندسي نساجي

دانشگاه صنعتي اصفهان