نقش دماي خشك كردن و فشار مكانيكي بر ساختار سطحي و خواص ديناميكي فيلم نانو ساختار پلي آنيلين

Effect of Drying Temperature and Mechanical Pressure on Surface Structure and Dynamical Properties of Polyaniline Nanostructured Film

در اين پژوهش نقش دماي خشك كردن و فشار مكانيكي بر ساختار سطحي و خواص ديناميكي فيلم نانوساختار پلي آنيلين (PAni)مورد بررسي قرار گرفت. ابتدا PAni طي فرآيند پليمريزاسيون آنيلين در حضور آمونيوم پرسولفات در محيط اسيدي سنتز و در حلال نرمال متيل-2-پيروليدين حل شد. محلول بدست آمده به روش لايه نشاني غوطه وري به صورت فيلم نانوساختار روي زير لايه شيشه اي از جنس كوارتز لايه نشاني شده و خشك گرديد. نتايج آناليز ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشان داد با افزايش دماي خشك كردن ساختار سطحي فيلم از حالت فيبري به شبكه اي متقاطع بهم پيوسته در مي آيد. تصاوير ميكروسكوپ عبوري نشان دادند قطر ساختارهاي فيبري شكل در دماي 318 و K 418 به ترتيب 18 و 30 نانومتر است. آناليز نيروي اتمي نشان داد ميزان متوسط زبري سطحي فيلم PAniدر دمايK 318 بدون اعمال فشار مكانيكي 63 نانومتر و در فشار 5 مگاپاسكال به كمتر از 35 نانومتر مي رسد. آزمايشات آناليز ديناميكي-مكانيكي-حرارتي نشان دادند دماي انتقال شيشه اي فيلم PAni تهيه شده بدون اعمال فشار مكانيكي و فيلم تهيه شده در فشار 5 مگاپاسكال به ترتيب برابر 386 و K 378 است. آزمون ميكروسكوپ نيروي اتمي به روش دندانه گذاري در مقياس نانومتري جهت تعيين مقادير سختي، مدول كشساني و ضريب پوآسون فيلم PAni بكار گرفته شد. بررسي وابستگي دمايي و فشار اعمال شده روي سطح فيلم در تعيين خواص گرانروكشسان فيلم PAni مي تواند اطلاعات مناسبي در خصوص ميزان مدول ذخيره و مدول اتلاف فيلم و انرژي فعالسازي لايه پليمري طي فرآيند تجزيه گرمايي در اختيار خواننده قرار دهد.

In this study, the effects of drying temperature and mechanical pressure on the surface structure and dynamical properties of polyaniline (PAni) were studied. PAni was synthesized through the aniline polymerization process in the presence of ammonium persulfate in acidic medium and normal methyl-2-pyrrolidine solution. The obtained solution was dipped on a substrate of quartz glass. Atomic force microscopy (AFM) analysis based on nano-indentation tests were used to determine the values of hardness, Young’s modulus and Poisson’s ratio of the films. The results of the analysis of the scanning electron microscope demonstrated that the surface morphology of the film is changed from a fiber-to-interconnected cross-linked networkby increasing the drying temperature. The transmission electron microscope analysis showed that the diameter of the fibers on the surfaces dried at 318 K and 418 K was 18 and 30 nm, respectively. AFM results showed that the mean surface roughness of PAni film at 318 K without mechanical pressure was 63 nm, while for the film pressed at 5 MPa was less than 35 nm. Thermo-mechanical analysis showed that the glass transition temperature of the PAni film prepared without mechanical pressure and the film pressed at 5 MPa were 386 K and 378 K, respectively. Investigating the temperature dependence and applied pressure on the film surface in determining the viscoelastic properties of the PAni nanostructured film can provide readers with appropriate information about the storage and loss modulus of the film and the activation energy of the polymer layer during the thermal decomposition process.