بررسی طیف‌سنجی طول عمر نابودی پوزیترون و رفتار کششی نانوکامپوزیت‌های اپوکسی/ نانواکسیدگرافن

مقدمه و اهداف: طیف‌سنجی طول عمر نابودی پوزیترون روشی حساس برای بررسی حجم آزاد پلیمرها در مقیاس اتمی است و امکان تعیین اندازه، شکل و غلظت حفرات را فراهم می‌کند. این روش به‌عنوان ابزاری مکمل در کنار سایر روش‌های تجربی ماکروسکوپی استفاده می‌شود. در این پژوهش، برای نخستین‌بار طیف‌سنجی نابودی پوزیترون جهت بررسی حجم حفرات آزاد در نانوکامپوزیت‌های اپوکسی/نانواکسید گرافن و ارتباط آن با رفتار کششی نمونه‌ها به‌کار گرفته شد.مواد و روش‌ها: در این پژوهش، نمونه‌های اپوکسی حاوی نانواکسید گرافن در درصدهای وزنی مختلف (0/1، 0/3، 0/5 و 0/7) با طیف‌سنجی نابودی پوزیترون بررسی شدند. چشمه پرتوزا 22na با فعالیت µci 5 و آشکارسازهای سوسوزن پلاستیکی سریع با قدرت تفکیک زمانی 225 پیکوثانیه به‌کار رفت. همچنین آزمون کشش تک‌محوری انجام شد.یافته‌ها: نتایج نشان داد که کم‌ترین میزان حجم حفرات آزاد (a3 83/87) مربوط به نمونه حاوی 0/3 درصد وزنی نانواکسید گرافن است که کاهش حدود هشت درصدی حجم حفرات آزاد در این نمونه در مقایسه با نمونه اپوکسی خالص (a3 90/97) را نشان می‌دهد. بالاترین استحکام کششی مربوط به نمونه حاوی 0/3 درصد وزنی نانواکسیدگرافن با مقدار 51/1 مگاپاسکال بود که افزایش 18 درصدی استحکام کششی در این نمونه در مقایسه با نمونه اپوکسی خالص (43/3 مگاپاسکال) مشاهده شد.نتیجه‌گیری: به طور کلی، نتایج حاصل از طیف‌سنجی طول عمر نابودی پوزیترون و اندازه‌گیری استحکام کششی نمونه‌های نانوکامپوزیتی اپوکسی/نانواکسید گرافن نشان داد که ارتباط معکوسی بین حجم حفرات آزاد و استحکام کششی وجود دارد.

investigation of positron annihilation lifetime spectroscopy and tensile behavior of graphene oxide/epoxy nanocomposites

introduction and objectives: positron annihilation lifetime spectroscopy is a sensitive method for investigating the free volume in polymers at the atomic scale, enabling the determination of pore size, shape, and concentration. it is widely used as a complementary identification tool alongside other macroscopic experimental techniques. in this study, for the first time, pals was employed to examine the free volume in epoxy/graphene oxide nanocomposites and its correlation with the tensile behavior of the samples.materials and methods: in this research, epoxy-based samples containing different weight percentages of graphene oxide (0.1, 0.3, 0.5, and 0.7 wt.%) were analyzed using pals. a na22 radioisotope with an activity of ~5 µci was used as the positron source, and fast plastic scintillation detectors with a time resolution of 225 picoseconds were employed. uniaxial tensile tests were also conducted.results: the results showed that the lowest free pore volume (i.e. 83.87 a3) was related to the sample containing 0.3 wt.% graphene oxide, indicating a decrease of ~ 8% in the free pore volume in this sample compared to the pure epoxy one (i.e. 90.97 a3). the best tensile behavior was obtained for the sample containing 0.3 wt. % graphene oxide (i.e. 51.1 mpa), which revealed an 18 % increase in the tensile strength compared to the pure epoxy sample (i.e. 43.3 mpa).conclusion: in general, the results of the positron annihilation lifetime spectroscopy and tensile strength measurements of the epoxy/graphene oxide nanocomposites showed that there was an inverse relationship between the free pore volume and tensile strength.