طراحي و ساخت حسگر بر پايه كامپوزيت پلي(الكتيك اسيد)/نانولوله كربني به منظور شناسايي بخارات آلي فرار

Based Detector a of Development and Design for Composite CNT)/Acid Lactic(Poly on Compounds Organic Volatile of Detecti

در سال هاي گذشته، مطالعات بسياري در زمينه شناسايي و تشخيص تركيبات آلي فرار صورت گرفته است. شناسايي اين تركيبات فرار در صنايع متعددي مانند كنترل آلودگي هوا، كنترل كيفيت هوا، بسته بندي مواد غذايي، كنترل كيفيت مواد غذايي، تشخيص بيماري ها، كشاورزي و... مورد توجه قرار گرفته است. با وجود اين پژوهش ها حساسيت و انتخاب پذيري حسگرهاي شناسايي تركيبات فرار نيازمند بهبود مي باشند. در اين پژوهش لايه حساس كامپوزيت پليمري رسانا بر پايه پلي (لاكتيك اسيد) به عنوان ماتريس و نانولوله هاي كربني به عنوان فاز رساناي پراكنده جهت شناسايي بخارات آلي فرار تهيه شده است. براي اين منظور فيلم متخلخل كامپوزيتي به كمك روش جدايي فازي القايي خشك توسط ضدحلال آماده گرديده است. در اين ساختار از حلال كلروفرم (با دماي جوش پايين و فراريت بيشتر) و ضدحلال اتانول (با دماي جوش بالاتر و فراريت كم تر) استفاده شده است. ساختار به دست آمد جهت شناسايي بخارات متانول، تولوئن و كلروفرم مورد بررسي قرار گرفته است. ساختار و مورفولوژي كامپوزيت متخلخل تهيه شده توسط تست هاي ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و آزمون اندازه گيري سطح ويژه سه نقطه اي (BET) مورد مطالعه و بررسي گرفتند. نتايج بدست آمده نشان مي دهد كه فرآيند جدايي فازي القايي منجر به تشكيل ساختار متخلخل با مورفولوژي سلول باز شده است. ميزان سطح ويژه بدست آمده براي فيلم كامپوزيت پليمري تهيه شده برابر با 3/22 m2gr-1 مي باشد كه در مقايسه با نمونه هاي متراكم نشان دهنده افزايش چشم گير ميزان سطح ويژه مي باشد. نتايج تست بخار نشان دهنده بهبود چشم گير پاسخ نمونه هاي متخلخل در مقايسه با نمونه هاي متراكم مي باشد. به طوري كه نمونه متراكم در مقابل غلظت 100 ppm از بخار تولوئن هيچ پاسخي نشان نمي دهد در حالي كه نمونه متخلخل در مقابل همان غلظت پاسخي در حدود 14/0 % نشان مي دهد. علت اين مساله را مي توان به افزايش سطح ويژه لايه حساس و بهبود ضريب نفوذ مولكول هاي بخار و افزايش امكان دسترسي آن ها به سايت هاي فعال حسگر دانست. همچنين روند پاسخ و انتخاب پذيري حسگر به دست آمده در مقابل بخارات هدف براساس پارامترهاي ترموديناميكي مانند پارامتر برهم كنش فلوري-هاگينز و پارامتر حلاليت هنسن مورد مطالعه قرار گرفته است

Research subject: In recent years, there are so many attractions in the field of effective detection and discrimination of volatile organic compounds (VOCs). Detection of VOCs compounds, are very important in many applications and industries such as air pollution control, air quality control, food packaging, food quality control, disease diagnostic, agriculture etc. The sensitivity and selectivity of the prepared sensors to detect of VOCs needs to improve. Research approach: A conductive polymer composite sensitive layer based on poly (lactic acid) as polymer matrix and multiwall carbon nanotubes as conductive filler was prepared to detect of volatile organic compounds (VOCs). For this purpose the porous sensitive layer was prepared by non-solvent induced phase separation (NIPS) method. In this structure, chloroform (low boiling point temperature) was used as the solvent and ethanol (high boiling point temperature) was used as a non-solvent. The sensitive layer was used to detect of toluene, methanol, and chloroform. The structure and morphology of synthesized layer was investigated by means of scanning electron microscopy (SEM) and BET test. Main results: The investigation indicated that the phase separation method induced the open cell morphology into the conductive composite. The BET results showed that the specific surface area of composite increased to 22.3 m2/gr. The experimental results showed that the response properties of porous layers was improved dramatically in comparison with dense layers. It was related to the increase of specific surface area of polymer composite and therefore the increase of diffusion coefficient of analyte molecules into the polymer matrix. Finally the sensitivity and selectivity of porous sensitive layers was investigated based on Flory-Huggins interaction parameter.