یکی از کاربردهای اصلی میکروسکوپ الکترونی روبشی مطالعه ویژگیهای سطحی نمونه آن است. اجزای اصلی این میکروسکوپ شامل تفنگ الکترونی،عدسیهای متمرکزکننده، سیستم خلاء، دتکتور و نمایشگر میباشد.

شکل (1-3) دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی

البته این میکروسکوپ بهترین روش برای شناسایی نانوکامپوزیتهای زمینه پلیمری محسوب نمیشود زیرا معمولاٌ زنجیرهای پلیمری سطح روی نانوذرات را میپوشانند و نانوذرات درون ماتریکس پلیمری به راحتی دیده نمیشوند [81].

1-22-3-استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)
از میان روشهای شناسایی، میکروسکوپ الکترونی عبوری معتبرترین و دقیقترین آنالیز برای شناسایی نانوکامپوزیت میباشد. در پژوهش‌هاي مربوط به خواص مواد نانوساختاري، ميكروسكوپ الكتروني يكي از مهم‌ترين و پركاربردترين دستگاه‌هايي است كه مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در اغلب مطالعات انجام‌شده روي خواص مواد نانوساختاري براي تعيين اندازه و شكل آنها از ميكروسكوپ الكتروني عبوري استفاده ميشود. اين روش اندازه و شكل ذرات را با دقت حدود چند دهم نانومتر به دست مي‌دهد كه به نوع ماده و دستگاه مورد استفاده بستگي دارد. امروزه، در بررسي خواص مواد نانوساختاري از ميكروسكوپ الكتروني عبوري با وضوح بالا استفاده مي‌شود. علاوه بر تعيين شكل و اندازة ذرات به وسيلة ميكروسكوپ الكتروني عبوري با
36
استفاده از پراش الكترون و ساير سازوكارهاي موجود در برخورد الكترون با ماده، برخي ويژگي‌هاي ديگر مواد نانوساختاري مانند ساختار بلوري وتركيب شيميائي را ميتوان به دست آورد.

شکل (1-4) دستگاه میکروسکوپ الکترونی عبوری

مهمترین تفاوت بین این میکروسکوپ با SEM این است که در TEM الکترونها از ماده عبور میکنند به همین دلیل این تکنیک معتبرترین روش برای بررسی نانوذرات درون بستر پلیمری میباشد [82].
1-22-4-استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)
ميكرسكوپ نيروي اتمي يا AFM دستگاهي است كه براي بررسي خواص و ساختار سطحي مواد در ابعاد نانومتر به كار ميرود. انعطاف پذيري، سيگنالهاي بالقوة متعدد، و امكان عملكرد دستگاه در مدهاي مختلف محققين را در بررسي سطوح گوناگون، تحت شرايط محيطي متفاوت توانمند ساخته است . اين دستگاه امكان عملكرد در محيط خلاء، هوا و مايع را دارد.
37
بر خلاف اكثر روشهاي بررسي خواص سطوح، در اين روش غالباً محدوديت اساسي بر روي نوع سطح و محيط آن وجود ندارد. با اين دستگاه امكان بررسي سطوح رسانا يا عايق، نرم يا سخت، منسجم يا پودري، بيولوژيك و آلي يا غير آلي وجود دارد. خواص قابل اندازهگيري با اين دستگاه شامل مورفولوژي هندسي، توزيع چسبندگي، اصطكاك، ناخالصي سطحي، جنس نقاط مختلف سطح، كشساني، مغناطيس، بزرگي پيوندهاي شيميايي، توزيع بارهاي الكتريكي سطحي، و قطبش الكتريكي نقاط مختلف ميباشد. در عمل از اين قابليتها براي بررسي خوردگي، تميزي، يكنواختي، زبري، چسبندگي، اصطكاك، اندازه وغيره استفاده ميشود [83].

شکل (1-5) دستگاه میکروسکوپ نیروی اتمی

38

فصل دوم:
بخش تجربی

2-1-وسایل، مواد و دستگاههای مورد استفاده
2-1-1-وسایل آزمایشگاهی
وسایل مورد استفاده در این پژوهش شامل بشر در اندازههای مختلف، بورت، بالن، استوانه مدرج، همزن مغناطیسی، شیشه ساعت، لوله آزمایش، قیف، ترازو دیجیتالی با دقت (001/0)، آون با قابلیت تنظیم دما، هیتر، دستگاه سانتریفوژ، pH متر، دستگاه فراصوت، گرانروی سنج استوالد و اینکوباتور شیکردار بوده که مشخصات دستگاههای مورد استفاده به شرح زیر میباشد.
1- آون با قابلیت تنظیم درجه حرارت
2- دستگاه Hp متر مدل 691 ساخت شرکت Metrohm سوئیس
3- ترازوی دیجیتال Sartorious مدل A200S با دقت 001/0 گرم
4- دستگاه سانتریفوژ مدل VS-4000N و شرکت فراز طب تجهیز
5- هات پلیت مگنت
6- دستگاه فراصوت kHZ 20 مدل 3200 GM ساخت شرکتBandelin electronic کشور آلمان
7- اینکوباتور شیکردار مدل 120 CMساخت شرکت فن آزما گستر ایران

2-1-2-مواد شیمیایی
مواد شیمیایی مورد استفاده در این پژوهش در جدول (2-1) خلاصه شده است. اکثر این مواد از خلوص بالایی برخوردار هستند، به نحوی که هیچ خالص سازی مجددی بر مواد اولیهی واکنش انجام نگرفته است.
40
پلی وینیل الکل مورد استفاده در این پژوهش از نوع هموپلیمر باgrade 224 و87-89% هیدرولیز که محصول شرکت Kuraray Poval سنگاپور است.

جدول (2-1)- انواع مواد شیمیایی مورد استفاده
نام ماده شیمیایی
فرمول شیمیایی
وزن مولکولی
(g/mol)
شرکت سازنده
درصد خلوص

سدیم سولفید

Na2S

045/78

Merck

99

کادمیم کلرید

2CdCl

32/183

Merck

99

سدیم دودسیل سولفات

SDS
NaC12H25SO4

372/288

Merck

98

اتانول

C2H5OH

07/46

Merck

98

گلیسیرول

C3H8O3

09/92

Merck

78

نشاسته ذرت

متغیر

متغیر

شرکت گلوکوزان

آب دیونیزه

H2O

18

اسید فسفریک

H3PO4

98

Merck

97

سود

NaOH

40

Merck

98

آنزیم آلفا-آمیلاز

Sigma

99

41
2-2-تعیین جرم مولکولی
اندازهگیری ویسکوزیتهی محلولهای رقیق، از سادهترین روشها برای تعیین وزن مولکولی است که به میزان وسیع مورد استفاده قرار میگیرد. در این روش، پلیمر را با غلظت معین در حلال مناسب حل میکنند. ویسکوزیتهی محلول پلیمری بسیار بیشتر از حلال خالص آن است، زیرا ذرات حلال با به دام افتادن در زنجیرههای پلیمری از سرعتشان به میزان زیادی کاسته شده و در نتیجه ویسکوزیتهی محلول افزایش مییابد.
ویسکوزیتهها را معمولاٌ در غلظتهای حدود 5/0 گرم در ml 100 حلال به کمک ویسکومتر اندازه میگیرند. ویسکومترها انواع مختلفی مانند ویسکومترهای U شکل، سقوطی، لرزشی، دورانی و غیره دارند. ویسکومترهای استوالد48 و آبلهود از مهمترین ویسکومترهای U شکل میباشند. اساس کار این ویسکومترها، اندازهگیری زمان جاری شدن مایع در قسمت خاصی از ویسکومتر است.
در این روش از گرانروی سنج استوالد به منظور تعیین ویسکوزیته استفاده میشود به این صورت که ابتدا مقداری پلیمر توزین میگردد و سپس به آن مقداری آب به عنوان حلال اضافه میشود، برای حل کردن پلی وینیل الکل در آب، محلول را تا دمای 70 درجه سانتی گراد حرارت میدهیم و سپس در بالن ژوژه cc100 توسط آب به حجم رسانده میشود. در مرحله بعد ابتدا cc10 از محلول را داخل گرانروی سنج استوالد ریخته و زمان ریزش محلول (t) اندازهگیری میگردد. این اندازهگیری چند بار تکرار میشود. سپس از محلول اولیه، محلولهایی با غلظتهای 1/0، 15/0 و 2/0گرم در cc100 تهیه میشود و زمان جاری شدن آنها در گرانروی سنج با روش فوق اندازهگیری میشود. در انتها زمان ریزش حلال خالص (t0) نیز اندازهگیری میشود. لازم به ذکر است برای به حداقل رساندن خطا در آزمایش، اندازهگیری برای هر نمونه سه بار انجام میشود و از آنها مقدار متوسط گرفته میشود.

پس از مراحل تجربی فوق نوبت به مراحل محاسباتی برای تعیین ویسکوزیته ذاتی49 (η) و به دنبال آن جرم مولکولی میباشد که در ذیل به تفصیل شرح داده خواهد شد.
ابتدا مقدار گرانروی نسبی50 ( rη) وسپس گرانروی ویژه51 (spη) به طریق زیر محاسبه میگردد:

در مرحله بعد گرانروی کاهش یافته با توجه به غلظت محلول مورد استفاده محاسبه میشود:

سپس نمودار گرانروی کاهش یافته بر حسب غلظت رسم میشود و در غلظت صفر برون یابی میگردد، محل تقاطع این نمودار با محور عرضها به عنوان گرانروی ذاتی گزارش میشود.
برای به دست آوردن جرم مولکولی با استفاده از گرانروی ذاتی از معادله مارک- هونیک52 استفاده میشود.

مقادیر K و a مقادیر ثابتی هستند که با توجه به نوع حلال و نوع پلیمر مشخص میگردند و برای آزمایش حاضر به صورت زیر تعریف میشود [84]:

جدول (2-2)- زمان ریزش محلولها با غلظتهای مختلف در ویسکومتر استوالد
مراحل
اندازهگیری
غلظتهای مختلف محلول

1/0
t(s)
15/0
t(s)
2/0
t(s)
حلال خالص
t0(s)
1
8/2
06/3
36/3
6/2
2
82/2
04/3
28/3
59/2
3
81/2
08/3
26/3
62/2
میانگین
8/2
06/3
3/3
6/2

2-3-تهیه نمونهها
2-3-1-آماده سازی نانو ذرات
برای تهیه نانوکامپوزیت Starch/PVA/CdS به روش فرآوری محلول، از نانوذرات CdS استفاده شده است که در این پژوهش این نانوذرات به روش همرسوبی تهیه شد.

2-3-1-1-روش تهیهی نانوذرات CdS
برای ساخت این نانوذرات از روش همرسوبی، که از روشهای ساده و کمهزینهی آزمایشگاهی ساخت نانوذرات است استفاده شد. در این روش از دو نمک سدیم سولفید و کادمیم(II)کلرید با فرمول شیمیایی Na2S و CdCl2 و سورفکتانت سدیم دو دسیل سولفات با فرمول شیمیایی NaC12H25SO4 استفاده شد. بدین صورت که در ابتدا 50 میلی لیتر محلول 1/0 مولار از هر کدام از نمکها در دمای اتاق تهیه شد، سپس 72/0 گرم (نسبت 1:1 با
44
Na2S) از سدیم دو دسیل سولفات را به محلول Na2S اضافه کرده و محلول تکان داده شد تا سورفکتانت در محلول کاملاٌ حل شد. محلول تهیه شده در بورت ریخته شد و به مدت 5 دقیقه قطره قطره به محلول CdCl2 طی هم خوردن با همزن مغناطیسی اضافه شد. سپس محلول به مدت 5/1 ساعت دیگر هم خورده و رسوب نارنجی رنگ تشکیل شد، رسوب حاصل را سانتریفوژ کرده و چندین بار با آب مقطر و اتانول شستشو داده شد تا ناخالصیها جدا شوند و در نهایت رسوب در آون در دمای 60 درجه سانتی گراد به مدت 10 ساعت خشک شد. محصول به دست آمده توسط روشهای XRD و SEM شناسایی شد و تهیه این ماده آثبات گردید که در فصل بعدی به آنها اشاره خواهد شد [86،85].

2-3-2-آماده سازی نمونههای نانو کامپوزیتی
در این پژوهش در ابتدا کامپوزیت Starch/PVA تهیه شد، سپس برای بررسی اثر نانوذرات CdS بر روی این کامپوزیت از سه غلظت متفاوت (wt% 1، wt% 3 و wt% 5) نانوذره به عنوان پرکننده در شبکهی پلیمری نشاسته و پلی وینیل الکل، برای تهیه نانوکامپوزیتهای Starch/PVA/CdS به روش فرآوری محلول استفاده شد و پس از آن برخی از خواص این نانوکامپوزیت مورد بررسی قرار گرفت که در ادامه شرح داده میشود.

2-3-2-1-روش تهیه کامپوزیتStarch/PVA
در این روش برای تهیه کامپوزیت Starch/PVA ابتدا 4/0 گرم پلی وینیل الکل را وزن کرده و در آب دوبار تقطیر در دمای 70 درجه سانتیگراد حل کرده، سپس 6/0 گرم نشاسته را وزن کرده و به این محلول اضافه شد. در نهایت مقدار ناچیزی گلیسیرول به عنوان عامل پلاستیکساز53 برای مخلوط شدن بهتر آنها به محلول اضافه شد و محلول به مدت 5 ساعت با استفاده از همزن مغناطیسی هم زده شد. بعد از هم خوردن محصول حاصله را بر روی بستر شیشهای ریخته و در دمای اتاق به مدت 12 ساعت خشک کرده، سپس فیلم تهیه شده را از بستر جدا کرده و در آون به مدت 4 ساعت کاملاٌ خشک شد و برای بررسیهای بعدی مورد استفاده قرار گرفت.

2-3-2-2- روش تهیه نانوکامپوزیتStarch/PVA/CdS
در این روش مانند روش بالا پلی وینیل الکل و نشاسته را وزن و در آب دوبار تقطیر در دمای 70 درجه سانتی گراد حل کرده و مقدار ناچیزی گلیسیرول به آن اضافه شد. سپس مقادیر انتخابی (wt% 1، wt% 3 و wt% 5) از نانوذرهی CdS را برای ساخت نانوکامپوزیتها با درصدهای ذکر شده وزن کرده و در آب دوبار تقطیر به مدت 5/1 ساعت توسط اولتراسونیک دیسپرس شد. نانوذرهی دیسپرس شده به آرامی به محلول پلیمری اضافه و به مدت 5 ساعت توسط همزن

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید