تعیین خواص شکل‌شناسی و ریزساختار نانوالیاف کامپوزیت پلی‌آکریلونیتریل- نانولوله‌های کربنی تک‌دیواره

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 رشت، دانشگاه گیلان، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی نساجی، صندوق پستی 3756

2 تهران، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشکده مهندسی نساجی، صندوق پستی4413-15875

چکیده

در پژوهش حاضر، نانوالیاف پلی­ آکریلونیتریل (PAN) خالص و نیز نانوالیاف PAN تقویت شده با نانولوله ­های کربنی تک­ دیواره عامل­ دار (FSWNT) با مقادیر مختلف FSWNT تا مقدار 1 درصد وزنی به وسیله فرایند الکتروریسی تولید شدند. ساختار شیمیایی، شکل­ شناسی و ریزساختار نانوالیاف الکتروریسی شده با استفاده از روش­ های طیف ­سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR)، میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM) و پراش پرتو X ارزیابی شد. نتایج SEM نشان داد، با ازدیاد غلظت FSWNT تغییرشکل نانوالیاف افزایش می ­یابد. نانوالیاف کامپوزیتی الکتروریسی شده تا مقدار1 درصد وزنی  از FSWNT نیز با توجه به کیفیت بسیار مناسب پراکنش FSWNT، دارای ساختار مطلوب و یکنواخت بودند. به­ طوری که با افزایش مقدار FSWNT در محلول PAN از 0 به 1 درصد وزنی متوسط قطر نانوالیاف از  54 ± 405 به  50 ± 488  نانومتر افزایش یافت. در تمام طیف­ های FTIR برای نانوالیاف کامپوزیتی تولیدی پیک­ های همانند نانوالیاف PAN معمولی دیده می ­شود. نتایج طیف ­سنجی FTIR و مطالعات XRD نشان ­دهنده افزایش مقدار بلورینگی نانوالیاف PAN/FSWNT در مقایسه با نانوالیاف PAN خالص است. مطالعات ریزساختاری نانوالیاف کامپوزیتی حاوی 1 درصد وزنی از FSWNT در مقایسه با نانوالیاف PAN خالص حاکی از افزایش مقدار بلورینگی از %44 به %48 و نیز کاهش اندازه بلور از  25.0 به 19.9 نانومتر است. بنابراین، FSWNT در نقش مناطق هسته­ گذار در ساختار نانوالیاف PAN عمل می­ کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Determination of Morphological and Microstructural Properties of Polyacrylonitrile/Single-Walled Carbon Nanotubes Composite Nanofibers

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Farhadi 1
  • Marjan Abbasi 1
  • Akbar Khodaparast Haghi 1
  • Komil Nasouri 2
1 Department of Textile Engineering, Faculty of Engineering, University of Guilan, P.O. Box: 3756, Rasht, Iran
2 Department of Textile Engineering, Amirkabir University of Technology, P.O. Box: 15875-4413, Tehran, Iran
چکیده [English]

Pure polyacrylonitrile (PAN) nanofibers and functionalized-single walled carbon nanotube (FSWNT), reinforced by PAN nanofibers with variable FSWNT content (up to 1 wt%), were fabricated by electrospinning process. The chemical structure, morphology and microstructure of the electrospun nanofibers have been characterized using Fourier transform infrared (FTIR), scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD). SEM analysis of the nanofibers revealed that the deformation of the nanofibers increased with increasing FSWNT concentration. Very smooth surfaces of the composite electrospun nanofibers even for nanofibers with concentration of 1 wt% FSWNT have been successfully prepared because of the high stability dispersion of FSWNTs. Moreover, with increasing the concentration of FSWNT in the PAN solution from 0 to 1 wt%, the average nanofibers diameter increased from 405 ± 54 nm to 488 ± 50 nm. The recorded spectra from FTIR were close to PAN nanofibers with peaks at 2243 cm-1 (CN stretch), 2932 cm-1 (CH2 stretch), 1450 cm-1 (CH bend) and 1730 cm-1 (C=O stretch) wavenumbers. FTIR Spectroscopy and XRD studies showed that PAN/FSWNT nanofibers exhibited higher crystallinity compared to PAN nanofibers without FSWNT. The analysis of the microstructural properties of the composite nanofibers with 1wt% FSWNT revealed that they exhibit an enhanced crystallinity from 44% to 48%, and the crystallite size was decreased from 25.0 nm to 19.9 nm, as compared to pure PAN nanofibers. The results indicated that the embedded FSWNTs in the PAN nanofibers nucleated the growth of crystals.

کلیدواژه‌ها [English]

  • polyacrylonitrile
  • carbon nanotubes
  • nanofibers
  • morphology
  • microstructure