متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته شیمی گرایش الی

با عنوان :  سنتز شیمیایی و شناسایی نانو­کامپوزیت­های پلی(3-متیل­تیوفن)/ SiO2

در ادامه مطلب می توانید تکه هایی از ابتدای این پایان نامه را بخوانید

و در صورت نیاز به متن کامل آن می توانید از لینک پرداخت و دانلود آنی برای خرید این پایان نامه اقدام نمائید.

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(3-متیل­تیوفن)/ SiO2 به روش امولسیون وارونه

 استاد راهنما

دکتر حسین بهنیافر

استاد مشاور

دکتر حمزه کیانی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده درج نمی شود

تکه هایی از متن به عنوان نمونه : (ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

عنوان صفحه
چکیده 1
فصل اول: کلیات پژوهش 2
1-1- مکانیسم رسانایی 5
1-2- دوپه­شدن وانواع آن 6
1-2-1- دوپه­شدن شیمیایی 6
1-2-2- دوپه­شدن الكتروشیمیایی 6
1-2-3- دوپه­شدن نوری 7
1-3- ویژگی­های جدید و تكنولوژی­های جدید 8
1-4- پلی)3-متیل­تیوفن( 9
1-4-1- سنتز شیمیایی پلی­آلکیل­تیوفن­ها (PAThs) 11
1-4-1-1- سنتز با كاتالیزگرهای فلزی 12
1-4-1-2- سنتز با FeCl3 12
1-4-2- سنتز الكتروشیمیایی 14
1-4-3- انواع اتصالات مونومری 15
1-5- پلیمری­شدن امولسیونی 18
1-5-1- تئوری 20
1-5-2- فرآیندها 22
1-5-3- آغازگرها 22
1-5-4- سورفكتانت‌ها 22
1-5-5- انواع مختلف تکنیک­های امولسیونی 23
1-5-5-1- مینی­امولسیونی 23
1-5-5-2- میكروامولیسونی 24
1-5-5-3- امولیسون وارونه 25
1-6- نانوتكنولوژی 26
1-6-1- نانوكامپوزیت­ها 26
1-6-2- نانوكامپوزیت­های هسته- پوسته 28
1-7- نانوسیلیکا 28
فصل دوم: مروری بر پژوهش­های انجام شده 30
2-1- پژوهش­های اخیر پیرامون نانوکامپوزیت­های پلی(3-متیل­تیوفن) 30
2-2- پژوهش­های اخیر پیرامون نانوكامپوزیت­های پلیمرهای رسانا/SiO2 35
2-3- پژوهش‌های اخیر پیرامون به كاربردن تكنیك امولسیون­ وارونه برای سنتز پلیمرهای رسانا 37
2-4- هدف از پژوهش 39
فصل سوم: مواد و روش­ها 41
3-1- مواد شیمیایی 41
3-2- دستگاهوری 42
3-3- سنتز نمونه­ی شاهد: پلی(3-متیل­تیوفن) خالص P3MTh /SDBS/TOL 43
3-4- سنتز نانوكامپوزیت­های پلی(3-متیل­تیوفن)/ SiO2با سورفكتانت­های مختلف 43
فصل چهارم: نتایج و بحث 44
4-1- بررسی نمونه شاهد: پلی(3- متیل­تیوفن) خالص P3MTh/SDBS/TOL 44
4-2- بررسی نانوذره­ی سیلسیم­دی­اكسید 47
4-3- بررسی نانوكامپوزیتP3MTh/SiO2/SDBS/TOL 48
4-4- بررسی نانوكامپوزیت SPSS/TOL/P3MTh/SiO2 52
4-5- نتیجه­گیری: مقایسه­ی نتایج با یکدیگر 56
فهرست منابع 63
پیوست: واژه­نامه فارسی- انگلیسی 71
چکیده انگلیسی 79

فصل اول

کلیات پژوهش

بسیاری از پلیمرهایی كه در گذشته مورد استفاده قرارمی‌گرفتند پلاستیك‌ها بودند. ویژگی­های این پلیمرها با فلزات تفاوت‌های بسیاری دارد و این پلیمرها رسانای ­جریان ­الكتریكی نمی‌باشند. بنابراین تا مدت­ها تصور بر این بود که پلیمرها نارسانا هستند­ تا اینكه آلن­جی­هیگر[1]، آلن­جی­مك­دیارمید[2] و هیدكی­شیراكاوا[3] این نگرش را با كشف پلیمرهای رسانا تغییر دادند. پلی­استیلن[4] یك پودر سیاه رنگ است كه در سال 1974 به صورت یك فیلم نقره‌ای توسط شیراكاوا و همكارانش از استیلن با بهره گرفتن از یك كاتالیزگر زیگلر- ناتا[5] تهیه شد اما این پلیمر برخلاف ظاهر فلز مانندش رسانای جریان الكتریسیته نبود. در سال 1977 شیراكاوا، مك­دیارمید و هیگر متوجه شدند كه بوسیله‌ی اكسید­كردن پلی­استیلن با بخار كلر[6]، برم[7] یا ید [8]فیلم‌های پلی­استیلن تا 109 برابر رساناتر می‌شوند (شیراکاوا وهمکاران، 1977). این واكنش با هالوژن‌ها به دلیل شباهت با فرآیند دوپه­شدن نیمه­رساناها دوپینگ نامیده­ شد. قدرت رسانایی فرم دوپه­شده‌ی پلی­استیلن S.m-1105 بود كه بالاتر از پلیمرهای شناخته شده‌ی قبلی قرار داشت. سرانجام در سال 2000 جایزه­ی نوبل شیمی به آن­ها به خاطر كشف پلیمرهای رسانا اهدا­­ شد. این اكتشاف باعث شد دانشمندان توانایی تركیب ویژگی­های نوری و الكترونیكی نیمه­رساناها و فلزات را با ویژگی­های مكانیكی و فرآیندپذیری آسان پلیمرها پیدا كنند. 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 كم، ارزان­ بودن و از همه مهمتر فرآیندپذیریِ آسان آن‌هاست. رسانایی الكتریكی این مواد حدواسط بین نیمه­رساناها و فلزات می‌باشد. شکل (1-1) این محدوده را نشان می­دهد.

در واقع پلیمرهای ­رسانا، پلیمرهایی هستند كه بدون افزایش مواد رسانای معدنی قابلیت رسانایی جریان الكتریسیته را دارند (سیتارام و همکاران[9]، 1977). همانگونه که در شکل (1-2) نشان­داده شده از جمله مهمترین این پلیمرها پلی­استیلن(PA) ، پلی­پارافنیلن[10] (PP)، پلی­آنیلین[11] (PANI)، پلی­پایرول[12] (PPy)، پلی­تیوفن[13] (PTh) و مشتقات آن‌ها می‌باشند (کمپبل و همکاران[14]، 1977).

یك ویژگی كلیدی و مهم پلیمرهای رسانا حضور پیوندهای دوگانه مزدوج در طول زنجیر پلیمر است. در مولكول‌های مزدوج پیوندهای بین اتم‌های كربن به صورت یك در میان یگانه و دوگانه هستند. در این مولكول‌ها هر پیوند یک­گانه شامل یك پیوند سیگمای (σ) مستقر كه از یك پیوند شیمیایی قوی ساخته شده است می‌باشد علاوه بر این هر پیوند دوگانه شامل یك پیوند π غیرمستقر ضعیف‌تر هم هست است اما مزدوج بودن برای رسانایی این پلیمرها كافی نیست و دوپه­شدن این پلیمرها نیز برای رسانا كردن آن‌ها لازم است.

امروزه این پلاستیك‌های رسانا در صنایع مختلفی مانند پوشش‌های ضد خوردگی، سوپرخازن‌ها، پوشش‌های آنتی­استاتیك و پنجره‌های هوشمند كه مقادیر مختلف نور را از خود عبور می‌دهند مورد استفاده قرارمی‌گیرند. نسل دوم پلیمرهای رسانا در زمینه‌هایی مانند ترانزیستورها، دیودهای نشركننده‌ی نور، نمایشگرهای تلویزیونی مسطح و سلول‌های خورشیدی و غیره به كار می‌روند.

  • مكانیسم رسانایی

الكترون‌های غیرمستقر در ساختار پلیمرهای­ رسانای مزدوج از طریق همپوشانی اوربیتال‌های π باعث ایجاد یك سیستم π پیوسته در طول زنجیر پلیمری با یك نوار ظرفیتی پر می‌شوند. بوسیله‌ی حذف الكترون‌ها از این سیستم π (p-doping) و با افزایش الكترون‌ها به آن (n-doping) یك واحد باردار به نام بای­پلارون[15] ایجاد می‌شود. شکل (1-3) دوپینگ نوع P زنجیر پلی­تیوفن را نشان می­دهد.

) بای­پلارون تولید می­کند (ویکی­پدیا[16]). p شكل (1-3) گرفتن دو الکترون از زنجیر پلی­تیوفن (دوپینگ نوع

بای­پلارون ایجاد شده در طول زنجیر پلیمری حركت می‌كند و این امر باعث رسانایی جریان الكتریسیته در پلیمرها می‌شود. معمولاً دوپه­شدن در پلیمرهای ­رسانا در سطوح بالاتری (%40-20) نسبت به نیمه­رساناها (%1<) انجام می‌شود. برای تعدادی از نمونه‌های پلی­(3-­دودسیل­تیوفن)[17] دوپه­شده رسانایی S.cm-1 1000 مشاهده شده ­است (در مقایسه رسانایی مس تقریباًٌ S.cm-1 105×5 می‌باشد). عموماً رسانایی PThها كمتر از S.cm-1 1000 می‌باشد اما رسانایی بالا برای بسیاری از كاربردهای پلیمرهای رسانا لازم نیست (ماستاراگوستینو[18] و سودو[19]1990؛ احمد[20] و مک­دیارمید، 1996).

  • دوپه­شدن و انواع آن

تزریق بار به زنجیر پلیمرهای ­رسانا (دوپه­شدن) منجر به پدیده‌های مهم و قابل­توجه بسیاری می‌شود (هیگر، 2001).

1-2-1- دوپه­شدن شیمیایی

دوپه­شدن شیمیایی پلیمرهای ­رسانا شامل انتقال بار شیمیایی (اكسیداسیون (p-type doping)، كاهش (n-typedoping)) بوسیله­ی یک اکسنده خارجی می­باشد که در شکل (1-4) نشان­داده شده­ است (شیراکاوا و همکاران، 1977؛ چیانگ و همکاران[21]، 1977؛ چیانگ و همکاران، 1978).

شکل(1-4) دوپه­شدن شیمیایی(هیگر، 2001).

وقتی سطح دوپه­شدن به مقدار كافی بالا باشد ساختار الكترونیكی این پلیمرها مشابه فلزات می‌شود (هیگر، 2001).

1-2-2- دوپه­شدن الكتروشیمیایی                                                                    

در دوپه­شدن الكتروشیمیایی الكترود بار لازم برای اكسایش و كاهش پلیمرهای ­رسانا را فراهم می‌كند و سطح دوپه­شدن بوسیله‌ی ولتاژ بین پلیمر ­رسانا و جفت الكترود تشخیص داده می‌شود (هیگر و همکاران، 1979؛ جونز و همکاران[22]، 1979؛ بچ و همکاران[23]، 1979). شکل (1-5) دوپه­شدن الکتروشیمیایی را نشان می­دهد.

شکل (1-5) دوپه­شدن الکتروشمیایی (هیگر، 2001).

1-2-3- دوپه­شدن نوری       

همانگونه که شکل (1-6) نشان می­دهد در دوپه­شدن نوری، پلیمرهای رسانا به صورت موضعی توسط جذب نور و جدایی بار اكسایش و كاهش پیدا می‌كنند.

شکل(1-6) دوپه­شدن نوری (هیگر، 2001).

*در این معادله y تعداد جفت حفره‌های الكترونی است (مک­دیارمید، 2001).

فرآیند دوپه­شدن تحت تاثیر عوامل مختلفی مثل طول پلارون، طول زنجیر، انتقال بار به مولكول‌های مجاور و طول رزونانسی می‌باشد (مبارکه و همکاران[24]، 2011). همچین ویژگی­های پلیمرهای رسانایِ دوپه­شده هم بستگی به نوع و سایز مولكول دوپه­کننده دارد (سینها و همكاران[25]، 2009؛ رینا و همكاران[26]، 2009). در سال 2009 سینها و همكارانش بیان ­كردند كه حلالیت PANI دوپه­شده به سایز مولكول دوپه­کننده وابسته ­است و با افزایش طول زنجیر دوپه­کننده حلالیت آن افزایش می‌یابد (سینها و همکاران، 2009). جنگ و همكارانش[27] در سال 2004 PPy محلول در حلال‌های آلی را با دوپه­کننده­هایی مثل نمك­سدیم­نفتالن­سولفونیك­اسید[28]، نمك­سدیم­دودسیل­بنزن­سولفونیك­اسید[29]، نمك­سدیم­بوتیل­نفتالن­سولفونیك­اسید[30] و نمك­سدیم­دی2-اتیل­هگزیل­سولفوسوكسینیك­اسید[31] سنتز كردند (جنگ و همکاران، 2004). همچنین در سال 2008 گروه لیو[32] PPy دوپه­شده با مونو و دی­سولفونیك­اسیدهای­نفتالن را به صورت درجا تهیه ­كرده و پایداری حرارتی PPyهای دوپه­شده با دوپه­کننده­های مختلف را بررسی ­كردند. نتایج نشان ­داد كه پایداری حرارتی PPy به مقدار زیادی بستگی به نوع و غلظت عامل دوپه­کننده دارد (لیو و همکاران، 2008).

  • ویژگی­های جدید و تكنولوژی­های جدید

در اواخر دهه‌ی 1970 كه پلیمرهای مزدوج معرفی شدند ادعا شد كه منجر به ایجاد نسل جدیدی از ابزارهای الكترونیكی و اپتیكی می‌شوند. اكنون با ایجاد تكنولوژی­هایی همچون دیودهای نوری پلیمری (LEDها) (بروگس و همکاران[33]، 1990) و ترانزیستورهای آلی (هانگ و همکاران[34]، 2011؛ باسیریکو وهمکاران[35]، 2011؛ شین و همکاران[36]، 2012) مشخص شده كه وقوع این صنایع جدید حتمی است. پلیمرهای رسانا دارای پایداری محیطی و گرمایی می‌باشند لذا می‌توان از آن‌ها به عنوان مواد ­رسانای الكتریكی، ابزارهای اپتیكی (جنگ و اُه[37] 2005)، LEDهای پلیمری (کیم و همکاران[38]، 2003؛ کیم و همکاران، 2005؛ جو و همکاران[39]، 2003)، پنجره‌های الكتروكرومیك یا هوشمند (آرگون و همکاران[40]، 2003؛ آرگون و همکاران، 2004؛ چو و همکاران[41]، 2005)، مقاومت‌های نوری، پوشش­های ضد خوردگی (امراد و همکاران[42]، 2009؛ کاستاگنو و همکاران[43]، 2009)، حس‌گرها (امیر[44] و آدِلوجو[45]، 2005؛ لِلوچه و همکاران[46]، 2005)، سلول‌های خورشیدی (کوآکلِی[47] و مک­­جِهِی[48]، 2004؛ یین وهمکاران[49]، 2010) و فوتوولتایی، الكترودها (دی­آرمنتیا و همکاران[50]، 1999؛ جلال[51]، 1998)، مواد جاذب امواج­ مایكرویو، انواع جدیدی از حافظه‌ها (مولر و همکاران[52]، 2003)، نانوسوئیچ‌ها (وونگ[53] و کوردارو[54]، 2011؛ نیومن و همکاران[55]، 2004) و دریچه‌ها، مواد عكاسی، اتصالات الكترونیكی پلیمری، خازن‌ها (جورِویز و همکاران[56]، 2001؛ پارک و همکاران[57]، 2002) ابزارهای الكترونیك و نوری و ترانزیستورها (وِرِس و همکاران[58]، 2004؛ فکچتی و همکاران[59]، 2004) استفاده كرد. شکل (1-7) کاربردهای مختلف پلیمرهای رسانا را نشان می­دهد.

تعداد صفحه :95

قیمت : 14700 تومان

—-

پشتیبانی سایت :        *       serderehi@gmail.com

دسته‌ها: مهندسی شیمی