ساخت و مشخصه یابی نانوالیاف پلی وینیل الکل- گرافیت به روش الکتروریسی

نانوالیاف پلیمری در یک دهه گذشته علاقه صنعتی زیادی را به خود جلب کرده است. به طور کلی ، این الیاف برای کاربردهای مختلفی از جمله کاربردهای پزشکی ، عایق بندی، خازن ها، فناوری های پیشرفته هوا فضا و ... مناسب است. با این حال ، بسیاری از این نانوالیاف پلیمری از نظر حرارتی ناپایدار و از نظر الکتریکی دارای رسانایی ضعیف می باشند. به همین دلیل استفاده از آنها در برخی از کاربردها، محدود است و نیاز به تقویت کننده مناسب دارد. گرافیت دارای خواص بی نظیری مانند رسانایی و پایداری حرارتی بالا است. این ماده استثنایی به منظور تقویت خواص الکتریکی و حرارتی می تواند در نانوالیاف پلیمری به عنوان نانوتقویت کننده استفاده شود. هدف از این پروژه بررسی تاثیر افزودن نانوذرات گرافیت به الیاف پلیمری، بر خصوصیات حرارتی و الکتریکی حاصل از آن است. برای این منظور از پلی وینیل الکل 72000(pva) ، بعنوان یک پلیمر غیر رسانا و نانوذرات گرافیت استفاده شد. روش سنتز، الکتروریسی بود که با پارامترهای بهینه کنترل و پس از توزیع گرافیت بوسیله هموژنایزر، انجام شد. بدین منظور شرایط بهینه برای فرآیند الکتروریسی در این پژوهش، غلظت محلول پلیمریw % 8، ولتاژ kv 22، نرخ تغذیه 10 و فاصله ریسندگی cm 20 در نظر گرفته شد. بررسی های انجام گرفته با میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem)، نشان داد الیاف pva حاصل از این شرایط صاف، پیوسته، بدون هیچگونه دانه کروی یا دوکی شکل و با قطر حدودا 350 نانومتر بود. در حالی که نانو الیاف pva / گرافیت با همین شرایط الکتروریسی، صاف و بسیار نازک تر، با قطر حدودا nm200 تولید شد. همچنین با توجه به الگوهای پراش پرتو ایکس ( xrd ) از نانوالیاف پلی وینیل الکل/ گرافیت، حضور ذرات کریستالی گرافیت در یک زمینه با ساختار آمورف تایید گردید. رفتار حرارتی نانوالیاف pva پس از ترکیب با گرافیت، بوسیله آنالیز حرارتی ( dsc )و tga بررسی و پایداری حرارتی نمونه ها تا دمای 300درجه سانتی گراد به اثبات رسید. همچنین طبق نتایج دستگاه مقاومت سنج 4 پراب، با افزایش درصد وزنی گرافیت در الیاف، افزایش رسانایی الکتریکی تا حداکثر 0.5 مشاهده شد.

Synthesis and characterizations of polyvinyl alcohol-graphite electrospun nanofibers

Research subject: Polymer nanofibers have attracted much industrial interest over the past decade. In general, these fibers are suitable for a variety of applications including medical applications, insulation, capacitors, advanced aerospace technologies, and so on. Specifically in aerospace technology, the used materials must be thermally stable with suitable electrical conductivity. However, many of these polymer nanofibers suffer from low temperature degradation and low electrical conductivity, limiting their use in many potential applications. Graphite has unique properties such as high conductivity and high thermal stability. This exceptional material can be included as a nanoparticle in polymer nanofibers to modify electrical and thermal properties.The aim of this research was to investigate the effect of addition of graphite nanoparticle on thermal and electrical propertiesof polymer fibers.Research approach: For this purpose, polyvinyl alcohol 72000 (PVA) as a nonconductive polymer and graphite nanoparticles were used. Polyvinyl alcoholgraphite nanofibers were synthesized method by electrospinning technique under optimized parameters. The optimum conditions for the electrospinning process were: PVA concentration of 8%, applied voltage of 22 Kv, flow rate of 10 ml and tip/collector distance of 20 cm.Main results: Scanning electron microscopy (SEM) studies showed that produced PVA fibers were smooth, continuous without any bead, with a diameter of about 350 nm. The PVA / graphite nanofibers were also smooth but much thinner (about 200 nm) than PVA fibers at the same processing parameters. Moreover, Xray patterns of PVA/graphite nanofibers include peaks of graphite particles in the structure and slso the suppression of crystallinity. According to the results of 4 point probe teste, by increasing weight percentage of graphite in the fibers, electrical conductivity increased up to 0.5 . The thermal behavior of PVA nanofibers after mixing with graphite was also investigated by differential calorimetry analysis (DSC) and TGA. It was demonstrated that PVA / graphite nanofibers are thermally stable up to 300 ° C.