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

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
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 الکتروشیمیایی	6
1-2-3- دوپه­شدن نوری	7
1-3- ویژگی­های جدید و تکنولوژی­های جدید	8
1-4- پلی)3-متیل­تیوفن(	9
1-4-1- سنتز شیمیایی پلی­آلکیل­تیوفن­ها (PAThs)	11
1-4-1-1- سنتز با کاتالیزگرهای فلزی	12
1-4-1-2- سنتز با FeCl3	12
1-4-2- سنتز الکتروشیمیایی	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- سورفکتانت‌ها	22
1-5-5- انواع مختلف تکنیک­های امولسیونی	23
1-5-5-1- مینی­امولسیونی	23
1-5-5-2- میکروامولیسونی	24
1-5-5-3- امولیسون وارونه	25
1-6- نانوتکنولوژی	26
1-6-1- نانوکامپوزیت­ها	26
1-6-2- نانوکامپوزیت­های 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 نانوکامپوزیت­های پلیمرهای رسانا/SiO2	35
2-3- پژوهش‌های اخیر پیرامون به کاربردن تکنیک 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 نانوکامپوزیت­های پلی(3-متیل­تیوفن)/ SiO2با سورفکتانت­های 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 سیلسیم­دی­اکسید	47
4-3- بررسی نانوکامپوزیتP3MTh/SiO2/SDBS/TOL	48
4-4- بررسی نانوکامپوزیت SPSS/TOL/P3MTh/SiO2	52
4-5- نتیجه ­گیری: مقایسه­ نتایج با یکدیگر	56
فهرست منابع	63
پیوست: واژه­نامه فارسی- انگلیسی	71
چکیده انگلیسی	79

فصل اول
کلیات پژوهش
بسیاری از پلیمرهایی که در گذشته مورد استفاده قرارمی‌گرفتند پلاستیک‌ها بودند. ویژگی­های این پلیمرها با فلزات تفاوت‌های بسیاری دارد و این پلیمرها رسانای ­جریان ­الکتریکی نمی‌باشند. بنابراین تا مدت­ها تصور بر این بود که پلیمرها نارسانا هستند­ تا اینکه آلن­جی­هیگر^[1]، آلن­جی­مک­دیارمید^[2] و هیدکی­شیراکاوا^[3] این نگرش را با کشف پلیمرهای رسانا تغییر دادند. پلی­استیلن^[4] یک پودر سیاه رنگ است که در سال 1974 به صورت یک فیلم نقره‌ای توسط شیراکاوا و همکارانش از استیلن با بهره گرفتن از یک کاتالیزگر زیگلر- ناتا^[5] تهیه شد اما این پلیمر برخلاف ظاهر فلز مانندش رسانای جریان الکتریسیته نبود. در سال 1977 شیراکاوا، مک­دیارمید و هیگر متوجه شدند که بوسیله‌ی اکسید­کردن پلی­استیلن با بخار کلر^[6]، برم^[7] یا ید ^[8]فیلم‌های پلی­استیلن تا 10⁹ برابر رساناتر می‌شوند (شیراکاوا وهمکاران، 1977). این واکنش با هالوژن‌ها به دلیل شباهت با فرآیند دوپه­شدن نیمه­رساناها دوپینگ نامیده­ شد. قدرت رسانایی فرم دوپه­شده‌ی پلی­استیلن S.m^-110⁵ بود که بالاتر از پلیمرهای شناخته شده‌ی قبلی قرار داشت. سرانجام در سال 2000 جایزه­ی نوبل شیمی به آن­ها به خاطر کشف پلیمرهای رسانا اهدا­­ شد. این اکتشاف باعث شد دانشمندان توانایی ترکیب ویژگی­های نوری و الکترونیکی نیمه­رساناها و فلزات را با ویژگی­های مکانیکی و فرآیندپذیری آسان پلیمرها پیدا کنند. 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 کم، ارزان­ بودن و از همه مهمتر فرآیندپذیریِ آسان آن‌هاست. رسانایی الکتریکی این مواد حدواسط بین نیمه­رساناها و فلزات می‌باشد. شکل (1-1) این محدوده را نشان می­دهد.
در واقع پلیمرهای ­رسانا، پلیمرهایی هستند که بدون افزایش مواد رسانای معدنی قابلیت رسانایی جریان الکتریسیته 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).
یک ویژگی کلیدی و مهم پلیمرهای رسانا حضور پیوندهای دوگانه مزدوج در طول زنجیر پلیمر است. در مولکول‌های مزدوج پیوندهای بین اتم‌های کربن به صورت یک در میان یگانه و دوگانه هستند. در این مولکول‌ها هر پیوند یک­گانه شامل یک پیوند سیگمای (σ) مستقر که از یک پیوند شیمیایی قوی ساخته شده است می‌باشد علاوه بر این هر پیوند دوگانه شامل یک پیوند π غیرمستقر ضعیف‌تر هم هست است اما مزدوج بودن برای رسانایی این پلیمرها کافی نیست و دوپه­شدن این پلیمرها نیز برای رسانا کردن آن‌ها لازم است.
امروزه این پلاستیک‌های رسانا در صنایع مختلفی مانند پوشش‌های ضد خوردگی، سوپرخازن‌ها، پوشش‌های آنتی­استاتیک و پنجره‌های هوشمند که مقادیر مختلف نور را از خود عبور می‌دهند مورد استفاده قرارمی‌گیرند. نسل دوم پلیمرهای رسانا در زمینه‌هایی مانند ترانزیستورها، دیودهای نشرکننده‌ی نور، نمایشگرهای تلویزیونی مسطح و سلول‌های خورشیدی و غیره به کار می‌روند.

• مکانیسم رسانایی

الکترون‌های غیرمستقر در ساختار پلیمرهای­ رسانای مزدوج از طریق همپوشانی اوربیتال‌های π باعث ایجاد یک سیستم π پیوسته در طول زنجیر پلیمری با یک نوار ظرفیتی پر می‌شوند. بوسیله‌ی حذف الکترون‌ها از این سیستم π (p-doping) و با افزایش الکترون‌ها به آن (n-doping) یک واحد باردار به نام بای­پلارون^[15] ایجاد می‌شود. شکل (1-3) دوپینگ نوع P زنجیر پلی­تیوفن را نشان می­دهد.
) بای­پلارون تولید می­ کند (ویکی­پدیا^[16]). p شکل (1-3) گرفتن دو الکترون از زنجیر پلی­تیوفن (دوپینگ نوع
بای­پلارون ایجاد شده در طول زنجیر پلیمری حرکت می‌کند و این امر باعث رسانایی جریان الکتریسیته 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 کمتر از S.cm^-1 1000 می‌باشد اما رسانایی بالا برای بسیاری از کاربردهای 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
فونیک­اسید^[28]، نمک­سدیم­دودسیل­بنزن­سولفونیک­اسید^[29]، نمک­سدیم­بوتیل­نفتالن­سولفونیک­اسید^[30] و نمک­سدیم­دی2-اتیل­هگزیل­سولفوسوکسینیک­اسی