Get a site

پایان نامه شیمی : سنتز شیمیایی و شناسایی نانو­کامپوزیت­های پلی(۳-متیل­تیوفن)/ SiO2

پایان نامه رشته شیمی گرایش الی

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد دامغان

دانشکده علوم پایه، گروه شیمی

پایان ­نامه کارشناسی ارشد رشته شیمی آلی M.Sc

 عنوان

سنتز شیمیایی و شناسایی نانو­کامپوزیت­های پلی(۳-متیل­تیوفن)/ SiO2 به روش امولسیون وارونه

 استاد راهنما

دکتر حسین بهنیافر

استاد مشاور

دکتر حمزه کیانی

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
فهرست مطالب

عنوان صفحه
چکیده ۱
فصل اول: کلیات پژوهش ۲
۱-۱- مکانیسم رسانایی ۵
۱-۲- دوپه­شدن وانواع آن ۶
۱-۲-۱- دوپه­شدن شیمیایی ۶
۱-۲-۲- دوپه­شدن الکتروشیمیایی ۶
۱-۲-۳- دوپه­شدن نوری ۷
۱-۳- ویژگی­های جدید و تکنولوژی­های جدید ۸
۱-۴- پلی)۳-متیل­تیوفن( ۹
۱-۴-۱- سنتز شیمیایی پلی­آلکیل­تیوفن­ها (PAThs) ۱۱
۱-۴-۱-۱- سنتز با کاتالیزگرهای فلزی ۱۲
۱-۴-۱-۲- سنتز با FeCl3 ۱۲
۱-۴-۲- سنتز الکتروشیمیایی ۱۴
۱-۴-۳- انواع اتصالات مونومری ۱۵
۱-۵- پلیمری­شدن امولسیونی ۱۸
۱-۵-۱- تئوری ۲۰
۱-۵-۲- فرآیندها ۲۲
۱-۵-۳- آغازگرها ۲۲
۱-۵-۴- سورفکتانت‌ها ۲۲
۱-۵-۵- انواع مختلف تکنیک­های امولسیونی ۲۳
۱-۵-۵-۱- مینی­امولسیونی ۲۳
۱-۵-۵-۲- میکروامولیسونی ۲۴
۱-۵-۵-۳- امولیسون وارونه ۲۵
۱-۶- نانوتکنولوژی ۲۶
۱-۶-۱- نانوکامپوزیت­ها ۲۶
۱-۶-۲- نانوکامپوزیت­های هسته- پوسته ۲۸
۱-۷- نانوسیلیکا ۲۸
فصل دوم: مروری بر پژوهش­های انجام شده ۳۰
۲-۱- پژوهش­های اخیر پیرامون نانوکامپوزیت­های پلی(۳-متیل­تیوفن) ۳۰
۲-۲- پژوهش­های اخیر پیرامون نانوکامپوزیت­های پلیمرهای رسانا/SiO2 ۳۵
۲-۳- پژوهش‌های اخیر پیرامون به کاربردن تکنیک امولسیون­ وارونه برای سنتز پلیمرهای رسانا ۳۷
۲-۴- هدف از پژوهش ۳۹
فصل سوم: مواد و روش­ها ۴۱
۳-۱- مواد شیمیایی ۴۱
۳-۲- دستگاهوری ۴۲
۳-۳- سنتز نمونه­ی شاهد: پلی(۳-متیل­تیوفن) خالص P3MTh /SDBS/TOL ۴۳
۳-۴- سنتز نانوکامپوزیت­های پلی(۳-متیل­تیوفن)/ SiO2با سورفکتانت­های مختلف ۴۳
فصل چهارم: نتایج و بحث ۴۴
۴-۱- بررسی نمونه شاهد: پلی(۳- متیل­تیوفن) خالص P3MTh/SDBS/TOL ۴۴
۴-۲- بررسی نانوذره­ی سیلسیم­دی­اکسید ۴۷
۴-۳- بررسی نانوکامپوزیتP3MTh/SiO2/SDBS/TOL ۴۸
۴-۴- بررسی نانوکامپوزیت SPSS/TOL/P3MTh/SiO2 ۵۲
۴-۵- نتیجه ­گیری: مقایسه­ نتایج با یکدیگر ۵۶
فهرست منابع ۶۳
پیوست: واژه­نامه فارسی- انگلیسی ۷۱
چکیده انگلیسی ۷۹

فصل اول
کلیات پژوهش
بسیاری از پلیمرهایی که در گذشته مورد استفاده قرارمی‌گرفتند پلاستیک‌ها بودند. ویژگی­های این پلیمرها با فلزات تفاوت‌های بسیاری دارد و این پلیمرها رسانای ­جریان ­الکتریکی نمی‌باشند. بنابراین تا مدت­ها تصور بر این بود که پلیمرها نارسانا هستند­ تا اینکه آلن­جی­هیگر[۱]، آلن­جی­مک­دیارمید[۲] و هیدکی­شیراکاوا[۳] این نگرش را با کشف پلیمرهای رسانا تغییر دادند. پلی­استیلن[۴] یک پودر سیاه رنگ است که در سال ۱۹۷۴ به صورت یک فیلم نقره‌ای توسط شیراکاوا و همکارانش از استیلن با بهره گرفتن از یک کاتالیزگر زیگلر- ناتا[۵] تهیه شد اما این پلیمر برخلاف ظاهر فلز مانندش رسانای جریان الکتریسیته نبود. در سال ۱۹۷۷ شیراکاوا، مک­دیارمید و هیگر متوجه شدند که بوسیله‌ی اکسید­کردن پلی­استیلن با بخار کلر[۶]، برم[۷] یا ید [۸]فیلم‌های پلی­استیلن تا ۱۰۹ برابر رساناتر می‌شوند (شیراکاوا وهمکاران، ۱۹۷۷). این واکنش با هالوژن‌ها به دلیل شباهت با فرآیند دوپه­شدن نیمه­رساناها دوپینگ نامیده­ شد. قدرت رسانایی فرم دوپه­شده‌ی پلی­استیلن S.m-1105 بود که بالاتر از پلیمرهای شناخته شده‌ی قبلی قرار داشت. سرانجام در سال ۲۰۰۰ جایزه­ی نوبل شیمی به آن­ها به خاطر کشف پلیمرهای رسانا اهدا­­ شد. این اکتشاف باعث شد دانشمندان توانایی ترکیب ویژگی­های نوری و الکترونیکی نیمه­رساناها و فلزات را با ویژگی­های مکانیکی و فرآیندپذیری آسان پلیمرها پیدا کنند. بنابراین توجه بسیاری از پژوهشگران به این زمینه جلب و این امر باعث رشد سریع و چشمگیر آن شد. مزایای استفاده از پلیمرهای­ رسانا در وزن کم، ارزان­ بودن و از همه مهمتر فرآیندپذیریِ آسان آن‌هاست. رسانایی الکتریکی این مواد حدواسط بین نیمه­رساناها و فلزات می‌باشد. شکل (۱-۱) این محدوده را نشان می­دهد.
در واقع پلیمرهای ­رسانا، پلیمرهایی هستند که بدون افزایش مواد رسانای معدنی قابلیت رسانایی جریان الکتریسیته را دارند (سیتارام و همکاران[۹]، ۱۹۷۷). همانگونه که در شکل (۱-۲) نشان­داده شده از جمله مهمترین این پلیمرها پلی­استیلن(PA) ، پلی­پارافنیلن[۱۰] (PP)، پلی­آنیلین[۱۱] (PANI)، پلی­پایرول[۱۲] (PPy)، پلی­تیوفن[۱۳] (PTh) و مشتقات آن‌ها می‌باشند (کمپبل و همکاران[۱۴]، ۱۹۷۷).
یک ویژگی کلیدی و مهم پلیمرهای رسانا حضور پیوندهای دوگانه مزدوج در طول زنجیر پلیمر است. در مولکول‌های مزدوج پیوندهای بین اتم‌های کربن به صورت یک در میان یگانه و دوگانه هستند. در این مولکول‌ها هر پیوند یک­گانه شامل یک پیوند سیگمای (σ) مستقر که از یک پیوند شیمیایی قوی ساخته شده است می‌باشد علاوه بر این هر پیوند دوگانه شامل یک پیوند π غیرمستقر ضعیف‌تر هم هست است اما مزدوج بودن برای رسانایی این پلیمرها کافی نیست و دوپه­شدن این پلیمرها نیز برای رسانا کردن آن‌ها لازم است.
امروزه این پلاستیک‌های رسانا در صنایع مختلفی مانند پوشش‌های ضد خوردگی، سوپرخازن‌ها، پوشش‌های آنتی­استاتیک و پنجره‌های هوشمند که مقادیر مختلف نور را از خود عبور می‌دهند مورد استفاده قرارمی‌گیرند. نسل دوم پلیمرهای رسانا در زمینه‌هایی مانند ترانزیستورها، دیودهای نشرکننده‌ی نور، نمایشگرهای تلویزیونی مسطح و سلول‌های خورشیدی و غیره به کار می‌روند.

  • مکانیسم رسانایی

الکترون‌های غیرمستقر در ساختار پلیمرهای­ رسانای مزدوج از طریق همپوشانی اوربیتال‌های π باعث ایجاد یک سیستم π پیوسته در طول زنجیر پلیمری با یک نوار ظرفیتی پر می‌شوند. بوسیله‌ی حذف الکترون‌ها از این سیستم π (p-doping) و با افزایش الکترون‌ها به آن (n-doping) یک واحد باردار به نام بای­پلارون[۱۵] ایجاد می‌شود. شکل (۱-۳) دوپینگ نوع P زنجیر پلی­تیوفن را نشان می­دهد.
) بای­پلارون تولید می­ کند (ویکی­پدیا[۱۶]). p شکل (۱-۳) گرفتن دو الکترون از زنجیر پلی­تیوفن (دوپینگ نوع
بای­پلارون ایجاد شده در طول زنجیر پلیمری حرکت می‌کند و این امر باعث رسانایی جریان الکتریسیته در پلیمرها می‌شود. معمولاً دوپه­شدن در پلیمرهای ­رسانا در سطوح بالاتری (%۴۰-۲۰) نسبت به نیمه­رساناها (%۱<) انجام می‌شود. برای تعدادی از نمونه‌های پلی­(۳-­دودسیل­تیوفن)[۱۷] دوپه­شده رسانایی S.cm-1 1000 مشاهده شده ­است (در مقایسه رسانایی مس تقریباًٌ S.cm-1 105×۵ می‌باشد). عموماً رسانایی PThها کمتر از S.cm-1 1000 می‌باشد اما رسانایی بالا برای بسیاری از کاربردهای پلیمرهای رسانا لازم نیست (ماستاراگوستینو[۱۸] و سودو[۱۹]۱۹۹۰؛ احمد[۲۰] و مک­دیارمید، ۱۹۹۶).

  • دوپه­شدن و انواع آن

تزریق بار به زنجیر پلیمرهای ­رسانا (دوپه­شدن) منجر به پدیده‌های مهم و قابل­توجه بسیاری می‌شود (هیگر، ۲۰۰۱).
۱-۲-۱- دوپه­شدن شیمیایی
دوپه­شدن شیمیایی پلیمرهای ­رسانا شامل انتقال بار شیمیایی (اکسیداسیون (p-type doping)، کاهش (n-typedoping)) بوسیله­ی یک اکسنده خارجی می­باشد که در شکل (۱-۴) نشان­داده شده­ است (شیراکاوا و همکاران، ۱۹۷۷؛ چیانگ و همکاران[۲۱]، ۱۹۷۷؛ چیانگ و همکاران، ۱۹۷۸).
شکل(۱-۴) دوپه­شدن شیمیایی(هیگر، ۲۰۰۱).
وقتی سطح دوپه­شدن به مقدار کافی بالا باشد ساختار الکترونیکی این پلیمرها مشابه فلزات می‌شود (هیگر، ۲۰۰۱).
۱-۲-۲- دوپه­شدن الکتروشیمیایی
در دوپه­شدن الکتروشیمیایی الکترود بار لازم برای اکسایش و کاهش پلیمرهای ­رسانا را فراهم می‌کند و سطح دوپه­شدن بوسیله‌ی ولتاژ بین پلیمر ­رسانا و جفت الکترود تشخیص داده می‌شود (هیگر و همکاران، ۱۹۷۹؛ جونز و همکاران[۲۲]، ۱۹۷۹؛ بچ و همکاران[۲۳]، ۱۹۷۹). شکل (۱-۵) دوپه­شدن الکتروشیمیایی را نشان می­دهد.
شکل (۱-۵) دوپه­شدن الکتروشمیایی (هیگر، ۲۰۰۱).
۱-۲-۳- دوپه­شدن نوری
همانگونه که شکل (۱-۶) نشان می­دهد در دوپه­شدن نوری، پلیمرهای رسانا به صورت موضعی توسط جذب نور و جدایی بار اکسایش و کاهش پیدا می‌کنند.
شکل(۱-۶) دوپه­شدن نوری (هیگر، ۲۰۰۱).
*در این معادله y تعداد جفت حفره‌های الکترونی است (مک­دیارمید، ۲۰۰۱).
فرآیند دوپه­شدن تحت تاثیر عوامل مختلفی مثل طول پلارون، طول زنجیر، انتقال بار به مولکول‌های مجاور و طول رزونانسی می‌باشد (مبارکه و همکاران[۲۴]، ۲۰۱۱). همچین ویژگی­های پلیمرهای رسانایِ دوپه­شده هم بستگی به نوع و سایز مولکول دوپه­کننده دارد (سینها و همکاران[۲۵]، ۲۰۰۹؛ رینا و همکاران[۲۶]، ۲۰۰۹). در سال ۲۰۰۹ سینها و همکارانش بیان ­کردند که حلالیت PANI دوپه­شده به سایز مولکول دوپه­کننده وابسته ­است و با افزایش طول زنجیر دوپه­کننده حلالیت آن افزایش می‌یابد (سینها و همکاران، ۲۰۰۹). جنگ و همکارانش[۲۷] در سال ۲۰۰۴ PPy محلول در حلال‌های آلی را با دوپه­کننده­هایی مثل نمک­سدیم­نفتالن­سولفونیک­اسید[۲۸]، نمک­سدیم­دودسیل­بنزن­سولفونیک­اسید[۲۹]، نمک­سدیم­بوتیل­نفتالن­سولفونیک­اسید[۳۰] و نمک­سدیم­دی۲-اتیل­هگزیل­سولفوسوکسینیک­اسید[۳۱] سنتز کردند (جنگ و همکاران، ۲۰۰۴). همچنین در سال ۲۰۰۸ گروه لیو[۳۲] PPy دوپه­شده با مونو و دی­سولفونیک­اسیدهای­نفتالن را به صورت درجا تهیه ­کرده و پایداری حرارتی PPyهای دوپه­شده با دوپه­کننده­های مختلف را بررسی ­کردند. نتایج نشان ­داد که پایداری حرارتی PPy به مقدار زیادی بستگی به نوع و غلظت عامل دوپه­کننده دارد (لیو و همکاران، ۲۰۰۸).

  • ویژگی­های جدید و تکنولوژی­های جدید

در اواخر دهه‌ی ۱۹۷۰ که پلیمرهای مزدوج معرفی شدند ادعا شد که منجر به ایجاد نسل جدیدی از ابزارهای الکترونیکی و اپتیکی می‌شوند. اکنون با ایجاد تکنولوژی­هایی همچون دیودهای نوری پلیمری (LEDها) (بروگس و همکاران[۳۳]، ۱۹۹۰) و ترانزیستورهای آلی (هانگ و همکاران[۳۴]، ۲۰۱۱؛ باسیریکو وهمکاران[۳۵]، ۲۰۱۱؛ شین و همکاران[۳۶]، ۲۰۱۲) مشخص شده که وقوع این صنایع جدید حتمی است. پلیمرهای رسانا دارای پایداری محیطی و گرمایی می‌باشند لذا می‌توان از آن‌ها به عنوان مواد ­رسانای الکتریکی، ابزارهای اپتیکی (جنگ و اُه[۳۷] ۲۰۰۵)، LEDهای پلیمری (کیم و همکاران[۳۸]، ۲۰۰۳؛ کیم و همکاران، ۲۰۰۵؛ جو و همکاران[۳۹]، ۲۰۰۳)، پنجره‌های الکتروکرومیک یا هوشمند (آرگون و همکاران[۴۰]، ۲۰۰۳؛ آرگون و همکاران، ۲۰۰۴؛ چو و همکاران[۴۱]، ۲۰۰۵)، مقاومت‌های نوری، پوشش­های ضد خوردگی (امراد و همکاران[۴۲]، ۲۰۰۹؛ کاستاگنو و همکاران[۴۳]، ۲۰۰۹)، حس‌گرها (امیر[۴۴] و آدِلوجو[۴۵]، ۲۰۰۵؛ لِلوچه و همکاران[۴۶]، ۲۰۰۵)، سلول‌های خورشیدی (کوآکلِی[۴۷] و مک­­جِهِی[۴۸]، ۲۰۰۴؛ یین وهمکاران[۴۹]، ۲۰۱۰) و فوتوولتایی، الکترودها (دی­آرمنتیا و همکاران[۵۰]، ۱۹۹۹؛ جلال[۵۱]، ۱۹۹۸)، مواد جاذب امواج­ مایکرویو، انواع جدیدی از حافظه‌ها (مولر و همکاران[۵۲]، ۲۰۰۳)، نانوسوئیچ‌ها (وونگ[۵۳] و کوردارو[۵۴]، ۲۰۱۱؛ نیومن و همکاران[۵۵]، ۲۰۰۴) و دریچه‌ها، مواد عکاسی، اتصالات الکترونیکی پلیمری، خازن‌ها (جورِویز و همکاران[۵۶]، ۲۰۰۱؛ پارک و همکاران[۵۷]، ۲۰۰۲) ابزارهای الکترونیک و نوری و ترانزیستورها (وِرِس و همکاران[۵۸]، ۲۰۰۴؛ فکچتی و همکاران[۵۹]، ۲۰۰۴) استفاده کرد. شکل (۱-۷) کاربردهای مختلف پلیمرهای رسانا را نشان می­دهد.
تعداد صفحه :۹۵
قیمت : ۱۴۷۰۰ تومان

***

—-

پشتیبانی سایت :        ****       [email protected]