ارزیابی نانو وب های کربنی تولید شده با روش الکتروریسی بدون سوزن و متداول باپیش ماده نانوالیاف پلی آکریلو نیتریل- نانو لوله کربنی چند دیواره

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی نساجی، دانشکده فنی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی نساجی، دانشکده فنی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

چکیده

در این پژوهش نانو الیاف پلی اکریلونیتریل تقویت شده با نانو لوله‌های کربنی چند دیواره به دوروش الکتروریسی بدون سوزن و متداول سوزنی تولید شد. سپس آزمایشهای تعیین گرانروی و هدایت الکتریکی و مراحل پایدار سازی ،کربونیزاسیون و فعالسازی نانو الیاف انجام گرفت. سپس مشخصه یابی نانوالیاف با روشهای طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR )، میکروسکوپی الکترونی روبشی( SEM )، گرماسنجی پویشی تفاضلی(DSC)، پراش پرتو ایکس (XRD) و جذب گازی نیتروژن (BET) ارزیابی شد. نتایج میکروسکوپی الکترونی روبشی نشان داد، باافزایش مقدار نانولوله کربنی، قطر نانوالیاف خالص و فعال شده تغییر می یابد وگرانروی و هدایت الکتریکی افزایش پیدا می کند. نتایج آزمون گرمایش پویشی تفاضلی، آنتالپی و درجه حلقوی شدن متفاوتی برای نانوالیاف خالص و کامپوزیت کربنی نشان داد. رشته ساز دیسکی نسبت به نوع سیلندری سبب تولید نانو الیاف ظریف تر شد. در مقایسه، سرعت تولید روش ریسندگی بدون سوزن بیشتر و یکنواختی نانو الیاف کمتر بود. نتایج طیف سنجی زیر قرمز تبدیل فوریه و مطالعات پراش پرتو ایکس برای نانو الیاف خالص و پایدارشده نشان دهنده افزایش مقدار بلورینگی نانوالیاف کامپوزیت کربنی در مقایسه با نانوالیاف خالص و کاهش اندازه بلور بود. در نتایج پراش پرتو ایکس زوایای پراش متفاوتی برای نانوالیاف در شرایط مختلف بدست آمد و با افزودن نانولوله ها این زاویه به سمت زوایای کوچکتر منتقل شد. نتایج جذب گاز نیتروژن نشان داد که مساحت سطح مخصوص و حجم کل تخلخل نانو الیاف کامپوزیت کربنی افزایش و قطر تخلخل کاهش یافته است.

کلیدواژه‌ها


 

[1] Niu. H, and T. Lin, Fiber generators in needleless electrospinning. nanomaterials. 2012)2012(, 12.

[2] Lukas. D, A. Sarkar, and P. Pokorny, Self-organization of jets in electrospinning from free liquid surface: a generalized approach. Applied Physics. (2008). 103(8), 084309.

[3] Niu. H, X. Wang, and T. Lin, Needleless electrospinning: influences of fibre generator geometry. Journal of the Textile Institute. (2012). 103(7), 787-794.

[4] Simm. W, et al, Fibre fleece of electrostatically spun fibres and methods of making same. 1979, Google Patents.

[5] Jirsak. O, et al, Textiles containing at least one layer of polymeric nanofibres and method of production of the layer of polymeric nanofibres from the polymer solution through electrostatic spinning. 2008, Google Patents.

[6] Jirsak. O, et al, Method of nanofibres production from a polymer solution using electrostatic spinning and a device for carrying out the method. 2009, Google Patents.

[7] Niu. H, T. Lin, and X. Wang, Needleless electrospinning. I. A comparison of cylinder and disk nozzles. Journal of applied polymer science. (2009). 114(6), 3524-3530.

[8] Yarin. A, and E. Zussman, Upward needleless electrospinning of multiple nanofibers. Polymer. (2004). 45(9), 2977-2980.

[9] Liu. Y, J.-H. He, and J.-Y. Yu, Bubble-electrospinning: a novel method for making nanofibers. Journal of Physics: Conference Series. (2008). IOP Publishing.

[10] Pilehrood. M.K, P. Heikkilä, and A. Harlin, Preparation of carbon nanotube embedded in polyacrylonitrile (pan) nanofibre composites by electrospinning process. AUTEX Research Journal. (2012). 12(1), 1-6.

[11] SalehHudin. H.S, et al, Multiple-jet electrospinning methods for nanofiber processing: A review. Materials and Manufacturing Processes. (2018). 33(5), 479-498.

[12] Barhoum. A, et al, Nanofibers as new-generation materials: From spinning and nano-spinning fabrication techniques to emerging applications. Applied Materials Today.17(2019), 1-35.

[13] نصوری. ک، ک. دوستدار، ا. موسوی شوشتری، بررسی شکل گیری نانوالیاف در فرآیند الکتروریسی چندنازله. مواد پیشرفته و پوشش های نوین،3(12). (1394)، 808-799.

[14] Ali. U, et al, Needleless electrospinning using sprocket wheel disk spinneret. Journal of materials science. (2017). 52(12), 7567-7577

[15] Shaid. A, et al, Needleless Electrospinning and Electrospraying of Mixture of Polymer and Aerogel Particles on Textile. Advances in Materials Science and Engineering. 2018(2018).

[16] Song. J, et al, Origami meets electrospinning: a new strategy for 3D nanofiber scaffolds. Bio-Design and Manufacturing. (2018). 1(4), 254-264.

[17] Ahmad. A, et al, Toothed wheel needleless electrospinning: a versatile way to fabricate uniform and finer nanomembrane. Journal of Materials Science, 1-14.

[18] Magaz. A.n, et al, Porous, aligned, and biomimetic fibers of regenerated silk fibroin produced by solution blow spinning. Biomacromolecules. (2018). 19(12), 4542-4553.

[19] Deneff. J.I, and K.S. Walton, Production of metal-organic framework-bearing polystyrene fibers by solution blow spinning. Chemical Engineering Science. 203(2019), 220-227.

[20] Spitalsky. Z, et al, Carbon nanotube–polymer composites: chemistry, processing, mechanical and electrical properties. Progress in polymer science. (2010). 35(3), 357-401.

[21] Khare. R, and S. Bose, Carbon nanotube based composites-a review. Journal of minerals and Materials Characterization and Engineering. (2005). 4(01), 31.

[22] Zhang. H, et al, Synthesis of a novel composite imprinted material based on multiwalled carbon nanotubes as a selective melamine absorbent. Journal of agricultural and food chemistry. (2011). 59(4), 1063-1071.

[23] Sahoo. N.G, et al, Polymer nanocomposites based on functionalized carbon nanotubes. Progress in polymer science. (2010). 35(7), 837-867.

[24] مداح. ب، بهبود جذب گاز سولفید هیدروژن در غشاهای نانولیفی پلی یورتان با استفاده از نانولوله‌های کربنی اصلاح شده با نانوذرات اکسید فلزی. مواد پیشرفته و پوشش های نوین، 8(30). (1398)، 2138-2130

[25] علیزاده, م., م. حسن زاده, س. محتشمی, بهبود رفتار جذب صوت فوم پلی یورتان نرم تقویت شده با نانوالیاف پلیمری، نانولوله کربنی و نانوذرات. مواد پیشرفته و پوشش های نوین,( 2019) 8(29) p. 2072-2080.

[26] یزدانی. س، ف. محبوبی، اثر غلظت نانولوله های کربنی روی مقاومت سایشی پوشش های نیکل-بور-نانولوله کربنی. مواد پیشرفته و پوشش های نوین، 7(27). (1397)، 1924-1917

[27] نوری. م، اصلاح سطحی الیاف ابریشم توسط نانو لوله‌های کربنی فعال شده. مواد پیشرفته و پوشش های نوین،7(25). (1397)، 1763-1772

[28] Karim. S.A, et al, Mechanical properties and the characterization of polyacrylonitrile/carbon nanotube composite nanofiber. Arabian Journal for Science and Engineering. )2018(. 43(9), 4697-4702.

[29] Mohamed. A, et al, Photocatalytic degradation of organic dyes and enhanced mechanical properties of PAN/CNTs composite nanofibers. Separation and Purification Technology.182(2017), 219-223.

[30] Song. Y, et al, Preparation and characterization of highly aligned carbon nanotubes/polyacrylonitrile composite nanofibers. Polymers. (2017). 9(1), 1.

[31] Gissinger. J.R, et al, Nanoscale structure–property relationships of polyacrylonitrile/CNT composites as a function of polymer crystallinity and CNT diameter. ACS applied materials & interfaces. (2017). 10(1), 1017-1027.

[32] Kaur. N, V. Kumar, and S.R. Dhakate, Synthesis and characterization of multiwalled CNT–PAN based composite carbon nanofibers via electrospinning. SpringerPlus. (2016). 5(1), 483.

[33] Eskizeybek. V, A. Yar, and A. Avcı, CNT-PAN hybrid nanofibrous mat interleaved carbon/epoxy laminates with improved Mode I interlaminar fracture toughness. Composites Science and Technology. 157(2018), 30-39.

[34] Khan. W.S, et al, Chemical and thermal investigations of electrospun polyacrylonitrile nanofibers incorporated with various nanoscale inclusions. Journal of Thermal Engineering. (2017). 3(4), 1375-1390.

[35] Cai. J, S. Chawla, and M. Naraghi, Microstructural evolution and mechanics of hot-drawn CNT-reinforced polymeric nanofibers. Carbon. 109(2016), 813-822.

[36] Song. Y, and L. Xu, Permeability, thermal and wetting properties of aligned composite nanofiber membranes containing carbon nanotubes. International Journal of Hydrogen Energy. (2017). 42(31), 19961-19966.

[37] Zhang. H, et al, Rheological behavior of amino-functionalized multi-walled carbon nanotube/polyacrylonitrile concentrated solutions and crystal structure of composite fibers. Polymers. (2018). 10(2), 186.

[38] Park. S.-H, et al, MWCNT/mesoporous carbon nanofibers composites prepared by electrospinning and silica template as counter electrodes for dye-sensitized solar cells. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 246(2012), 45-49.

[39] Im. J.S, S.-J. Park, and Y.-S. Lee, Preparation and characteristics of electrospun activated carbon materials having meso-and macropores. Journal of colloid and interface science. (2007). 314(1), 32-37.

[40] Inagaki. M, Y. Yang, and F. Kang, Carbon nanofibers prepared via electrospinning. Advanced Materials. (2012). 24(19), 2547-2566.

[41] Lee. H.-M, K.-H. An, and B.-J. Kim, Effects of carbonization temperature on pore development in polyacrylonitrile-based activated carbon nanofibers. Carbon letters. (2014). 15(2), 146-150.

[42] Lee. H.-M, et al, Effects of pore structures on electrochemical behaviors of polyacrylonitrile-based activated carbon nanofibers by carbon dioxide activation. Carbon Letters. (2014). 15(1), 71-76.

[43] Zussman. E, et al, Mechanical and structural characterization of electrospun PAN-derived carbon nanofibers. Carbon. (2005). 43(10), 2175-2185.

[44] Esrafilzadeh. D, M. Morshed, and H. Tavanai, An investigation on the stabilization of special polyacrylonitrile nanofibers as carbon or activated carbon nanofiber precursor. Synthetic metals, (2009). 159(3-4), 267-272.

[45] Liu. Y, H.G. Chae, and S. Kumar, Gel-spun carbon nanotubes/polyacrylonitrile composite fibers. Part II: Stabilization reaction kinetics and effect of gas environment. Carbon. (2011). 49(13), 4477-4486.

[46] Liu. Y, H.G. Chae, and S. Kumar, Gel-spun carbon nanotubes/polyacrylonitrile composite fibers. Part I: Effect of carbon nanotubes on stabilization. Carbon. (2011). 49(13), 4466-4476.

[47] İnce Yardımcı. A, Development of carbon nanotube embedded polyacrilonitrile/polypyrrole electrospun nanofibrous scaffolds. (2017).

[48] Han. Y, Theoretical study of thermal analysis kinetics. (2014).

[49] Ozawa. T, A new method of analyzing thermogravimetric data. Bulletin of the chemical society of Japan. (1965). 38(11), 1881-1886.

[50] Causin. V, et al, A quantitative differentiation method for acrylic fibers by infrared spectroscopy. Forensic science international. (2005). 151(2-3), 125-131.

[51] Li. Z, et al, X-ray diffraction patterns of graphite and turbostratic carbon. Carbon. (2007). 45(8), 1686-1695.

[52] Gu. S.-Y, Q.-L. Wu, and R. Jie, Preparation and surface structures of carbon nanofibers produced from electrospun PAN precursors. New Carbon Materials. (2008). 23(2), 171-176.