شده است.

57
3-2- تعیین جرم مولکولی پلی وینیل الکل
همانطور که در فصل قبل گفته شد برای اندازهگیری جرم مولکولی پلیمر از ویسکومتر استوالد استفاده شد. زمان جاری شدن محلولهایی با غلظتهای مختلف در ویسکومتر اندازهگیری شد که این مقادیر، در جدول (3-1) گزارش شده است.
با استفاده از روابط ذکر شده در فصل 2، مقدار ویسکوزیتهی ذاتی پلیمر به صورت زیر محاسبه شد:

بنابراین وزن مولکولی به صورت زیر بیان میشود:

3-3- شناسایی ساختار نانوذرات CdS
3-3-1- نتایج XRD
ناحیه پرتو X در طیف الکترومغناطیس، در محدودهی بین پرتو گاما و ناحیهی طول موج فرابنفش قرار دارد. با استفاده از این ناحیهی طیفی میتوان اطلاعاتی در خصوص ساختار، جنس ماده و نیز تعیین مقادیر عناصر به دست آورد. جامدات در مواجه با پرتو X مانند یک توری سه بعدی عمل میکنند و الگوی پراش خاصی دارند که طبق قانون براگ، در زوایای خاصی از تابش و انعکاس، تداخل سازنده به وجود میآید و منجر به ایجاد یک قله در طیف میشود. از روی پهنای پیک در طیف، میتوان ابعاد دانههای کریستالی را تخمین زد. این روش به علت سهولت و در دسترس بودن برای اثبات ساختار نانوکامپوزیت به کار میرود.
58
نانوذرات CdS به روش همرسوبی تهیه شدند که برای اثبات تهیهی این نانوذرات از آزمون XRD و SEM استفاده شد. شکل (3-1) الگوی پراش اشعهی ایکس (XRD) نانو ساختارهای تهیه شده CdS را نشان میدهد. پیکهای مشخص در تصویر، مربوط به صفحات (111)، (220)، (311)، (331) است و تطابق کامل با پیکهای مرجع دارد و تشکیل ساختار مکعبی را به اثبات میرساند. پیک ناخالص دیگری در این الگو مشاهده نمیشود که نشان دهنده فاز کاملاٌ خالص نمونه میباشد.

شکل (3-1)- الگوی XRD نانوذرات CdS

با استفاده از دادههای الگوی پراش اشعه ایکس (XRD) و معادلهی دبای-شرر54 میتوان اندازهی دانههای کریستالی CdS را محاسبه کرد. که در آن n مقداری ثابت دارد و معمولاٌ مقدار 9/0 برای آن در نظر گرفته شده است. مقدار طول موج دستگاه XRD است که در این کار، مقدار طول موج دستگاه برابر با 154/0 بود. پهنای بلندترین پیک در میانهی ارتفاع است. در طیف XRD مربوط به نانوذرات CdS، مقدار پهنای بلندترین پیک در نیمهی ارتفاع برابر با 9446/0 میباشد. پهنای کامل در نیم- ماکزیمم بر حسب درجه است که در رابطهی شرر باید به صورت رادیان وارد شود. θ زاویه براگ مربوط به پیک ناشی از پراش بر حسب درجه است که اندازه ذرات محاسبه شده و به طور تقریبی حدود nm 66/8 نانومتر به دست آمد.
به منظور تعیین دقیق اندازهی نانوذرات، باید از تصاویر SEM استفاده شود. این تصاویر، توزیعی از اندازهی ذرات در اختیار قرار میدهند.

3-3-2- نتایج SEM
میکروسکوپ الکترونی روبشی یا SEM نوعی میکروسکوپ الکترونی است که قابلیت عکسبرداری از سطوح با بزرگنمایی 10 تا 100000 برابر با قدرت تفکیکی در حد 3 تا 100 نانومتر (بسته به نوع نمونه) را دارد. نکتهای که در رابطه با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی با مد نظر قرار داد این است که، سطح نمونههایی که با میکروسکوپ SEM بررسی میشوند باید دارای هدایت الکتریکی باشند، در غیر این صورت تصویر حاصل ناپایدار میگردد.
برای بررسی بیشتر ریزساختار نمونههای نانوذرات ساخته شده از آزمون SEM با بزرگنماییهای مختلف استفاده شده است که نتایج آن در شکل (3-2) ارائه شدهاند.

60

شکل (3-2)- تصاویر SEM مربوط به نانوذرات CdS

شکل (3-2)، بزرگنماییهای متفاوتی از نانوذرات سنتز شده را نشان میدهد. همانگونه که در تصاویر مشخص است، برای نانوذرات CdS سنتز شده، تا حدودی انباشتگی و تجمع مشاهده میشود.

61
همچنین تصاویر SEM موجود نشان میدهند که اندازهی ذرات بسیار ریز است، با توجه به اندازهی ذرات، میتوان نتیجه گرفت که انباشتگی و تجمع ذرات ناچیز و قابل صرفنظر کردن است.
بنابراین مشاهده میشود که نتایج حاصل از SEM، مطابقت خوبی با نتایج حاصل از آنالیز XRD و معادلهی شرر دارد.

3-4- شناسایی نانوکامپوزیتها
همان طور که توضیح داده شد، در این پژوهش به ساخت نانوکامپوزیت Starch/PVA/CdS به روش فرآوری محلول پرداخته شد و سپس به شناسایی و بررسی خواص آن پرداخته که نتایج برای هر کدام از آنها به تفکیک در زیر آمده است.

3-4-1- نتایج XRD
همان طور که در شکل (3-3) مشاهده میشود، پیکهای مشخصه نانوذرات CdS در نمونههای نانوکامپوزیتی تهیه شده، در محلهایی که نانوذرات به صورت خالص دارای پیکهای بارز بوده است یعنی در 9/52 ،2/42 ،6/26=θ2، به دلیل شدت بالاتر پیک کامپوزیت، این پیکها بسیار کوتاه شدهاند و یا این که درون پیک زمینهی پلیمری محو شده و از بین رفتهاند و قابل رویت نیستند که میتوان آن را گویای این مطلب دانست که پخش شدگی نانوذرات در بین ماتریس پلیمری به خوبی انجام شده است.
به منظور نمایش حضور نانوذرات در ساختار نانوکامپوزیت، از نمونهی نانوکامپوزیتی ، طیف EDX و SEM گرفته شد.

62

شکل (3-3)- الگوی XRD مربوط به نانوکامپوزیت Starch/PVA/CdS

3-4-2- نتایج SEM
به منظور بررسی توزیع پراکندگی نانوذرات در زمینه پلیمر در نانوکامپوزیتهای Starch/PVA/CdS با درصدهای مختلف نانوذرات از دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) استفاده شد که این تصاویر در شکل (3-4) نشان داده شده است. با توجه به نتایج SEM مربوط به نمونههای نانوکامپوزیتی میتوان دریافت که نمونهها دارای بافتی همگن از نانوذرات در ماتریس پلیمر میباشند، که کمی کلوخه شدگی نانوذرات را در برخی نواحی به همراه داشته است. اما به طور کلی این ماده در بیشتر قسمتها دارای بافتی همگن میباشد و میتوان گفت پخش شدگی در ماتریس پلیمری به خوبی صورت گرفته است.

63

شکل (3-4)- تصاویر SEM مربوط به نانوکامپوزیتهای Starch/PVA/CdS

3-4-3- نتایج EDX
طیف EDX فقط یک نمودار است که بر اساس دریافت انرژی ایکس از هر سطح انرژی
64
رسم شده است. هر یک از پیکهای نشان داده شده در این نمودار مختص یک اتم بوده و بنابراین نشانگر فقط یک عنصر میباشند. پیکهای با ارتفاع بیشتر در طیف به معنی غلظت بیشتر عنصر مورد نظر در نمونه است. در خصوص طیف EDX این نکته را باید ذکر کرد که نوع اشعه X آزاد شده ممکن است متفاوت باشد، به طور مثال اگر الکترون از لایه L به لایه K مهاجرت کند به اشعه آزاد شده پیک K-Alpha و به پیک ناشی از رفتن الکترون از لایه M به لایه K پیکK-Beta میگویند.
به منظور بررسی حضور عناصر موجود در نانوذرات (Cd,S) در زمینه پلیمری از آزمون آنالیز عنصری با تفکیک انرژی پرتو ایکس (EDX) استفاده شد. همانطور که در شکل (3-5) مشاهده میشود حضور عناصر مورد نظر در نمونهی تهیه شده تاًیید گردیده و این آزمون مکملی برای روشهای XRD و SEM محسوب میشود و موًید اثبات حضور مادهی مورد نظر است. در جدول (3-1) درصد حضور عناصر موجود در نمونه گزارش شده است. البته این روش درصد حضور عناصر را به صورت تقریبی به ما میدهد.

جدول (3-1)- درصد تقریبی عناصر موجود در نانوکامپوزیت Starch/PVA/CdS

Elt

Conc
(at%)

Conc
(wt%)

C

15/65

12/57

O

36/34

13/40

Cd

22/0

51/0

S

27/0

25/2

65

شکل (3-5)- آنالیز عنصری (EDX) مربوط به نانوکامپوزیت Starch/PVA/CdS

3-5- بررسی خواص نانوکامپوزیتهای Starch/PVA/CdS
3-5-1- نتایج آزمون مکانیکی تنش- کرنش
در این پژوهش آزمون تنش- کرنش بر روی تمام نمونههای تولید شده انجام شد. دادههای مربوط به این آزمون در جدول (3-3) آمده است. این دادهها نشان میدهد که افزایش نانوذرات به ماتریس پلیمری باعث بهبود در خواص مکانیکی از جمله خواص کششی نمونهها نسبت به حالت خالص کامپوزیت شدهاند. منحنیهای آزمون تنش – کرنش مربوط به نمونههای تهیه شده در زیر آورده شده است.
66

شکل (3-6)- آزمون Tensile.a) Starch/PVA

b) Starch/PVA/CdS (1%)

c) Starch/PVA/CdS (3%)
67

d) Starch/PVA/CdS (5%)

نمودار (3-1)- تاًثیر مقدار نانوذره CdS بر روی استحکام کششی

همانطور که از نمودار (3-1) مشاهده میشود، استفاده از نانوذره CdS در ماتریس پلیمری باعث افزایش در استحکام کششی شده است. که این به دلیل اثر سفت کنندگی نانوذرات CdS در ماتریس پلیمری است.
68
این اثر باعث تقویت زمینه و چسبندگی خوب بین ماتریس پلیمری و CdS میشود. افزایش این نانوذره به پلیمر همچنین باعث افزایش کیفیت ساختار شبکه و چگالی اتصالات عرضی میشود که در مجموع افزایش استحکام کششی را به دنبال دارد.

نمودار (3-2)- تاًثیر مقدار نانوذرات CdS بر روی مدول کشسانی

همانطور که از نمودار (3-2) مشاهده میشود، استفاده از نانوذرات CdS تهیه شده در ماتریس پلیمری باعث افزایش مدول کشسانی شده است. هر چه ابعاد پرکنندهای که درون ماتریس پلیمری پخش میشود کوچکتر باشد، مدول کشسانی افزایش مییابد. نانوذرات استفاده شده در این پژوهش سطح ویژهی بسیار خوبی دارند، که این مورد را میتوان از علل افزایش مدول در نانوکامپوزیت دانست.
در حقیقت هر چه نسبت سطح به حجم افزایش یابد، مدول کشسانی هم زیادتر میشود. همچنین افزایش این نانوذره باعث افزایش چسبندگی بین زنجیرهای پلیمری میشود که این مورد نیز باعث افزایش مدول میشود.
69

نمودار (3-3)- تاًثیر مقدار نانوذرات CdS بر روی ازدیاد طول

همانطور که در نمودار (3-3) مشاهده میشود، استفاده از نانوذرات CdS در ماتریس پلیمری باعث کاهش ازدیاد طول شده است. کاهش ازدیاد طول با افزایش نانوذره به دو دلیل است. دلیل اول اینکه، با افزایش محتوی CdS ماتریس پلیمری به تدریج تقویت میشود، در نتیجه تغییر پذیری و تحرک مولکولی در ماتریس پلیمری با توجه به شکلگیری پیوندهای فیزیکی بین نانوذرات و زنجیرهای پلیمری، کاهش مییابد. دلیل دوم اینکه، با افزایش CdS چسبندگی در سطح مشترک قویتر میشود و در نتیجه در ماتریس پلیمری هیچگونه نقص دیگری وجود ندارد.

3-5-2- نتایج آزمون حرارتی (DSC)
گرماسنجی روبشی دیفرانسیلی، یک تکنیک تحلیل دمایی است که در آن تفاوت در میزان حرارت مورد نیاز برای افزایش دمای نمونه و مرجع، به عنوان یک تابع دما اندازهگیری میشود. نمونه ومرجع هر دو در محدودهی دمایی نزدیکی در سراسر آزمایش حفظ میشوند.
70
نمونهی مرجع باید یک ظرفیت گرمایی کاملاٌ مشخص شده داشته باشد و از دامنهی دمایی که در آن اسکن میشود، بالاتر باشد.
این آنالیز میتواند برای اندازهگیری شماری از خواص یک نمونه، مورد استفاده قرار گیرد. این تکنیک برای محاسبهی گرما یا دمای انجماد، کریستالیزاسیون و دمای شیشهای شدن استفاده میشود. انتقال شیشهای شدن زمانی که دمای یک جامد بینظم افزایش یابد به عنوان یک پله در ابتدای منحنی DSC آشکار میشود. ای پیک ناشی از آن است که با افزایش دما، جسم دچار یک تغییر ظرفیت گرمایی شده است (تغییر فاز نمیدهد). در برخی نقاط دمایی، مولکولها ممکن است آزادی کافی برای حرکت به سمت آرایش خودبهخودی و نزدیک شدن به یک ساختار کریستالی را به دست آورند که به عنوان دمای کریستالیزاسیون شناخته میشود. این انتقال از جامد بینظم به جامد کریستالی یک روند گرمازا است و به صورت یک پیک آشکار میشود و زمانی که دما افزایش مییابد سرانجام نمونه به دمای ذوب خود میرسد. نتیجهی روند ذوب، یک پیک گرماگیر در منحنی DSC میباشد. در آنالیز حرارتی پلیمرها، دمای گذار

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید