پایان نامه کارشناسی ارشد شیمی : سنتز شیمیایی و شناسایی نانو­کامپوزیت­های پلی(3-متیل­تیوفن)/ SiO2

متن کامل پایان نامه مقطع ارشد 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 ارشد 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

عنوانصفحه
چکیده1
فصل اول: کلیات پژوهش2
1-1- مکانیسم رسانایی5
1-2- دوپه­شدن وانواع آن6
1-2-1- دوپه­شدن شيميايي6
1-2-2- دوپه­شدن الكتروشيميايي6
1-2-3- دوپه­شدن نوري7
1-3- ویژگی­های جديد و تكنولوژي­هاي جديد8
1-4- پلی)3-متيل­تيوفن(9
1-4-1- سنتز شيميايي پلی­آلکیل­تیوفن­ها (PAThs)11
1-4-1-1- سنتز با كاتاليزگرهاي فلزي12
1-4-1-2- سنتز با FeCl312
1-4-2- سنتز الكتروشيميايي14
1-4-3- انواع اتصالات مونومري15
1-5- پلیمری­شدن امولسیونی18
1-5-1- تئوري20
1-5-2- فرآيندها22
1-5-3- آغازگرها22
1-5-4- سورفكتانت‌ها22
1-5-5- انواع مختلف تکنیک­های امولسیونی23
1-5-5-1- ميني­امولسيونی23
1-5-5-2- ميكرواموليسونی24
1-5-5-3- اموليسون وارونه25
1-6- نانوتكنولوژي26
1-6-1- نانوكامپوزيت­ها26
1-6-2- نانوكامپوزيت­های هسته- پوسته28
1-7- نانوسیلیکا28
فصل دوم: مروری بر پژوهش­های انجام شده30
2-1- پژوهش­های اخیر پیرامون نانوکامپوزیت­های پلی(3-متیل­تیوفن)30
2-2- پژوهش­هاي اخير پیرامون نانوكامپوزيت­هاي پلیمرهای رسانا/SiO235
2-3- پژوهش‌هاي اخير پیرامون به كاربردن تكنيك امولسيون­ وارونه براي سنتز پلیمرهای رسانا37
2-4- هدف از پژوهش39
فصل سوم: مواد و روش­ها41
3-1- مواد شيميايي41
3-2- دستگاهوري42
3-3- سنتز نمونه­ي شاهد: پلي(3-متیل­تیوفن) خالص P3MTh /SDBS/TOL43
3-4- سنتز نانوكامپوزيت­های پلي(3-متیل­تیوفن)/ SiO2با سورفكتانت­هاي مختلف43
فصل چهارم: نتایج و بحث44
4-1- بررسي نمونه شاهد: پلي(3- متیل­تیوفن) خالص P3MTh/SDBS/TOL44
4-2- بررسي نانوذره­ي سيلسيم­دي­اكسيد47
4-3- بررسي نانوكامپوزيتP3MTh/SiO2/SDBS/TOL48
4-4- بررسي نانوكامپوزيت SPSS/TOL/P3MTh/SiO252
4-5- نتیجه­گیری: مقایسه­ی نتایج با یکدیگر56
فهرست منابع63
پیوست: واژه­نامه فارسی- انگلیسی71
چکیده انگلیسی79

فصل اول

کلیات پژوهش

بسياري از پليمرهايي كه در گذشته مورد استفاده قرارمي‌گرفتند پلاستيك‌ها بودند. ويژگي­هاي اين پليمرها با فلزات تفاوت‌هاي بسياري دارد و این پلیمرها رساناي ­جريان ­الكتريكي نمي‌باشند. بنابراین تا مدت­ها تصور بر این بود که پلیمرها نارسانا هستند­ تا اينكه آلن­جي­هيگر[1]، آلن­جي­مك­ديارميد[2] و هيدكي­شيراكاوا[3] اين نگرش را با كشف پليمرهاي رسانا تغيير دادند. پلي­استيلن[4] يك پودر سياه رنگ است كه در سال 1974 به صورت يك فيلم نقره‌اي توسط شيراكاوا و همكارانش از استيلن با استفاده از يك كاتاليزگر زيگلر- ناتا[5] تهيه شد اما اين پليمر برخلاف ظاهر فلز مانندش رساناي جريان الكتريسيته نبود. در سال 1977 شيراكاوا، مك­ديارميد و هيگر متوجه شدند كه بوسيله‌ي اكسيد­كردن پلي­استيلن با بخار كلر[6]، برم[7] يا ید [8]فيلم‌هاي پلي­استيلن تا 109 برابر رساناتر مي‌شوند (شیراکاوا وهمکاران، 1977). اين واكنش با هالوژن‌ها به دليل شباهت با فرآيند دوپه­شدن نيمه­رساناها دوپينگ ناميده­ شد. قدرت رسانايي فرم دوپه­شده‌ي پلي­استيلن S.m-1105 بود كه بالاتر از پليمرهاي شناخته شده‌ي قبلي قرار داشت. سرانجام در سال 2000 جايزه­ی نوبل شيمي به آن­ها به خاطر كشف پليمرهاي رسانا اهدا­­ شد. اين اكتشاف باعث شد دانشمندان توانايي تركيب ويژگي­هاي نوري و الكترونيكي نيمه­رساناها و فلزات را با ویژگی­های مكانيكي و فرآيندپذيري آسان پليمرها پيدا كنند. بنابراين توجه بسياري از پژوهشگران به اين زمينه جلب و اين امر باعث رشد سريع و چشمگير آن شد. مزاياي استفاده از پليمرهاي­ رسانا در وزن كم، ارزان­ بودن و از همه مهمتر فرآيندپذيريِ آسان آن‌هاست. رسانايي الكتريكي اين مواد حدواسط بين نيمه­رساناها و فلزات مي‌باشد. شکل (1-1) این محدوده را نشان می­دهد.

در واقع پليمرهاي ­رسانا، پليمرهايي هستند كه بدون افزايش مواد رساناي معدني قابليت رسانايي جريان الكتريسيته را دارند (سیتارام و همکاران[9]، 1977). همانگونه که در شکل (1-2) نشان­داده شده از جمله مهمترين اين پليمرها پلي­استيلن(PA) ، پلي­پارافنيلن[10] (PP)، پلي­آنيلين[11] (PANI)، پلي­پايرول[12] (PPy)، پلي­تيوفن[13] (PTh) و مشتقات آن‌ها مي‌باشند (کمپبل و همکاران[14]، 1977).

يك ويژگي كليدي و مهم پليمرهاي رسانا حضور پيوندهاي دوگانه مزدوج در طول زنجير پليمر است. در مولكول‌هاي مزدوج پيوندهاي بين اتم‌هاي كربن به صورت يك در ميان یگانه و دوگانه هستند. در اين مولكول‌ها هر پيوند يک­گانه شامل يك پيوند سيگماي (σ) مستقر كه از يك پيوند شيميايي قوي ساخته شده است مي‌باشد علاوه بر اين هر پيوند دوگانه شامل يك پيوند π غيرمستقر ضعيف‌تر هم هست است اما مزدوج بودن براي رسانايي اين پليمرها كافي نيست و دوپه­شدن اين پليمرها نيز براي رسانا كردن آن‌ها لازم است.

امروزه اين پلاستيك‌هاي رسانا در صنايع مختلفي مانند پوشش‌هاي ضد خوردگي، سوپرخازن‌ها، پوشش‌هاي آنتي­استاتيك و پنجره‌هاي هوشمند كه مقادير مختلف نور را از خود عبور مي‌دهند مورد استفاده قرارمي‌گيرند. نسل دوم پليمرهاي رسانا در زمينه‌هايي مانند ترانزيستورها، ديودهاي نشركننده‌ي نور، نمايشگرهاي تلويزيوني مسطح و سلول‌هاي خورشيدي و غيره به كار مي‌روند.

  • مكانيسم رسانايي

الكترون‌هاي غيرمستقر در ساختار پليمرهاي­ رساناي مزدوج از طريق همپوشاني اوربيتال‌هاي π باعث ايجاد يك سيستم π پيوسته در طول زنجير پليمري با يك نوار ظرفيتي پر مي‌شوند. بوسيله‌ي حذف الكترون‌ها از اين سيستم π (p-doping) و با افزايش الكترون‌ها به آن (n-doping) يك واحد باردار به نام باي­پلارون[15] ايجاد مي‌شود. 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

باي­پلارون ايجاد شده در طول زنجير پليمري حركت مي‌كند و اين امر باعث رسانايي جريان الكتريسيته در پليمرها مي‌شود. معمولاً دوپه­شدن در پليمرهاي ­رسانا در سطوح بالاتري (%40-20) نسبت به نيمه­رساناها (%1<) انجام مي‌شود. براي تعدادي از نمونه‌هاي پلي­(3-­دودسيل­تيوفن)[17] دوپه­شده رسانايي S.cm-1 1000 مشاهده شده ­است (در مقايسه رسانايي مس تقريباًٌ S.cm-1 105×5 مي‌باشد). عموماً رسانايي PThها كمتر از S.cm-1 1000 مي‌باشد اما رسانايي بالا براي بسياري از كاربردهاي پليمرهاي رسانا لازم نيست (ماستاراگوستینو[18] و سودو[19]1990؛ احمد[20] و مک­دیارمید، 1996).

  • دوپه­شدن و انواع آن

تزريق بار به زنجير پليمرهاي ­رسانا (دوپه­شدن) منجر به پديده‌هاي مهم و قابل­توجه بسياري مي‌شود (هیگر، 2001).

1-2-1- دوپه­شدن شيميايي

دوپه­شدن شيميايي پليمرهاي ­رسانا شامل انتقال بار شيميايي (اكسيداسيون (p-type doping)، كاهش (n-typedoping)) بوسیله­ی یک اکسنده خارجی مي­باشد 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).

وقتي سطح دوپه­شدن به مقدار كافي بالا باشد ساختار الكترونيكي اين پليمرها مشابه فلزات مي‌شود (هیگر، 2001).

1-2-2- دوپه­شدن الكتروشيميايي                                                                    

در دوپه­شدن الكتروشيميايي الكترود بار لازم براي اكسايش و كاهش پليمرهای ­رسانا را فراهم مي‌كند و سطح دوپه­شدن بوسيله‌ي ولتاژ بين پليمر ­رسانا و جفت الكترود تشخيص داده مي‌شود (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 نوري       

همانگونه که شکل (1-6) نشان می­دهد در دوپه­شدن نوری، پليمرهاي رسانا به صورت موضعي توسط جذب نور و جدايي بار اكسايش و كاهش پيدا مي‌كنند.

شکل(1-6) دوپه­شدن نوری (هیگر، 2001).

*در اين معادله y تعداد جفت حفره‌هاي الكتروني است (مک­دیارمید، 2001).

فرآيند دوپه­شدن تحت تاثير عوامل مختلفي مثل طول پلارون، طول زنجير، انتقال بار به مولكول‌هاي مجاور و طول رزونانسي مي‌باشد (مبارکه و همکاران[24]، 2011). همچین ویژگی­های پليمرهاي رسانايِ دوپه­شده هم بستگي به نوع و سايز مولكول دوپه­کننده دارد (سينها و همكاران[25]، 2009؛ رينا و همكاران[26]، 2009). در سال 2009 سینها و همكارانش بيان ­كردند كه حلاليت PANI دوپه­شده به سايز مولكول دوپه­کننده وابسته ­است و با افزايش طول زنجير دوپه­کننده حلاليت آن افزايش مي‌يابد (سینها و همکاران، 2009). جنگ و همكارانش[27] در سال 2004 PPy محلول در حلال‌هاي آلي را با دوپه­کننده­هایی مثل نمك­سدیم­نفتالن­سولفونيك­اسيد[28]، نمك­سديم­دودسيل­بنزن­سولفونيك­اسيد[29]، نمك­سديم­بوتيل­نفتالن­سولفونيك­اسيد[30] و نمك­سديم­دي2-اتيل­هگزيل­سولفوسوكسينيك­اسيد[31] سنتز كردند (جنگ و همکاران، 2004). همچنين در سال 2008 گروه ليو[32] PPy دوپه­شده با مونو و دي­سولفونيك­اسيدهاي­نفتالن را به صورت درجا تهيه ­كرده و پايداري حرارتي PPyهاي دوپه­شده با دوپه­کننده­های مختلف را بررسي ­كردند. نتايج نشان ­داد كه پايداري حرارتي PPy به مقدار زيادي بستگي به نوع و غلظت عامل دوپه­کننده دارد (لیو و همکاران، 2008).

  • ویژگی­های جديد و تكنولوژي­هاي جديد

در اواخر دهه‌ي 1970 كه پليمرهاي مزدوج معرفي شدند ادعا شد كه منجر به ايجاد نسل جديدي از ابزارهاي الكترونيكي و اپتيكي مي‌شوند. اكنون با ايجاد تكنولوژي­هايي همچون ديودهاي نوري پليمري (LEDها) (بروگس و همکاران[33]، 1990) و ترانزيستورهاي آلي (هانگ و همکاران[34]، 2011؛ باسیریکو وهمکاران[35]، 2011؛ شین و همکاران[36]، 2012) مشخص شده كه وقوع اين صنايع جديد حتمي است. پليمرهاي رسانا داراي پايداري محيطي و گرمايي مي‌باشند لذا مي‌توان از آن‌ها به عنوان مواد ­رساناي الكتريكي، ابزارهاي اپتيكي (جنگ و اُه[37] 2005)، LEDهاي پليمري (کیم و همکاران[38]، 2003؛ کیم و همکاران، 2005؛ جو و همکاران[39]، 2003)، پنجره‌هاي الكتروكروميك يا هوشمند (آرگون و همکاران[40]، 2003؛ آرگون و همکاران، 2004؛ چو و همکاران[41]، 2005)، مقاومت‌هاي نوري، 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)، سلول‌هاي خورشيدي (کوآکلِی[47] و مک­­جِهِی[48]، 2004؛ یین وهمکاران[49]، 2010) و فوتوولتایی، الكترودها (دی­آرمنتیا و همکاران[50]، 1999؛ جلال[51]، 1998)، مواد جاذب امواج­ مايكرويو، انواع جديدي از حافظه‌ها (مولر و همکاران[52]، 2003)، نانوسوئيچ‌ها (وونگ[53] و کوردارو[54]، 2011؛ نیومن و همکاران[55]، 2004) و دريچه‌ها، مواد عكاسي، اتصالات الكترونيكي پليمري، خازن‌ها (جورِویز و همکاران[56]، 2001؛ پارک و همکاران[57]، 2002) ابزارهاي الكترونيك و نوري و ترانزيستورها (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

***

—-

:        ****       info@elmyar.net

جستجو در سایت : کلمه کلیدی خود را وارد نمایید :

 
 

مطالب مشابه را هم ببینید

 

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید