V ولتاژ، W عرض نمونه، I متوسط شدت جریان عبوری و l طول فاصله الکترودها می باشد.
بررسی سطح نمونه‌ها
به‌ منظور بررسی سطح نمونه‌ها پس از لایه‌نشانی توسط نانوذرات فلزی، پلیمر رسانا و نانولوله­های کربنی از نمونه­ها از میکروسکوپ الکترونی پویشی نشر میدانی مدل S -4160 ساخت هیتاچی ژاپن استفاده شد.
میکروسکوپ الکترونی پویشی با بهره گرفتن از یکسری پرتوهای الکترونی پرانرژی، سیگنال­های متفاوتی بر روی سطح نمونه­­های جامد ایجاد می­ کند. هنگامی که پرتو الکترونی به سطح نمونه برخورد می­ کند و در اثر برهم­کنش با اتم­های نمونه­، سیگنال­هایی به شکل الکترون­های ثانویه تولید می­شوند که اطلاعاتی در مورد توپوگرافی سطح زیرلایه می­ دهند.
شکل ‏۲‑۷- تصویر میکروسکوپ الکترونی پویشی نشر میدانی
تعیین چگونگی برهم­کنش شیمیایی پلیمرها و نانولوله­ی کربنی با پارچه
طیف سنجی مادون­قرمز براساس جذب تابش و بررسی جهش­های ارتعاشی مولکول و یون­های چنداتمی صورت می­گیرد که از آن برای تعیین ساختار و اندازه ­گیری گونه­ های شیمیایی استفاده می­گردد. برهمکنش تابش مادون­قرمز با یک نمونه باعث تغییر انرژی ارتعاشی پیوند در مولکول­های آن می­ شود و روش مناسبی برای شناسایی گروه ­های عاملی و ساختار مولکولی است. شرط جذب انرژی مادون­قرمز توسط مولکول این است که گشتاور دو قطبی در حین ارتعاش تغییر نماید. در طیف الکترومغناطیسی ناحیه بین  ۴۰۰-۸/۰ مربوط به ناحیه مادون­قرمز است ولی ناحیه­ای که در جهت تجزیه شیمیایی مورد استفاده قرار می­گیرد، بین  ۵۰-۸/۰ است. ناحیه بالاتر از  ۲۵-۸ را ناحیه اثر انگشت می­نامند. هر جسم در این ناحیه یک طیف مخصوص به خود دارد که برای شناسایی گروه ­های عاملی آن به کار می­رود. برای شناسایی کیفی یک نمونه مجهول، نوع گروه ­های عاملی و پیوندهای موجود در مولکول­های آن، طیف مادون­قرمز را بدست آورده و با مراجعه به جداول مربوطه که موقعیت ارتعاش پیوندهای مختلف و یا طیف IR اجسام را نشان می­ دهند، طول موج یا عدد موج گروه­ ها و پیوندها را شناسایی می­ کنند. به همین منظور جهت بررسی چگونگی اتصال پلیمر و نانولوله­های کربنی با پارچه، از پارچه قبل و بعد از لایه نشانی طیف FT-IR (Magna-IR 560, Nicolet Ltd., England) گرفته شد (شکل ۲-۸).

شکل ‏۲‑۸- تصویر دستگاه طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه
بررسی میزان انعکاس نور از سطح نمونه­ها
برای تعیین ویژگی های انعکاسی نمونه­ها در محدوده مرئی از طیف سنج انعکاسی مدل Colour-Eye 7000A ساخت شرکت X-Rite آمریکا استفاده شد. اندازه ­گیری­های انعکاسی در محدوده طول موج ۳۶۰ تا ۷۵۰ نانومتر با فواصل ۱۰ نانومتر انجام شد. این دستگاه میزان انعکاس کلی را در این محدوده نشان می­دهد.
شکل ‏۲‑۹- تصویر اسپکتروسکوپی انعکاسی
ولتامتری چرخه­ای^[۲۹]
ولتامتری چرخه ای تکنیک قدرتمندی در مطالعات الکتروشیمیایی است که اطلاعات زیادی در مورد پتانسیل و فرایند های الکتروشیمیایی که بر روی سطح انجام می‌گیرد، می‌دهد. به طوری که قادر است پارامترهای سینتیکی را برای گستره وسیعی از مکانیزم‌ها تعیین کند. این روش به طور گسترده در مطالعات جذب فرایندهای اصلاح^[۳۰] سطح، انتقال فاز و سینتیک الکترودها بکار گرفته می‌شود. همچنینCV روش خوبی برای تشخیص آلودگی‌های محلول و کیفیت آماده سازی الکترود می‌باشد [۱۰۰]. CV عبارت است از روبش پتانسیل الکترود بین دو حد E₁ و E₂ با سرعت معین در( ν (، اما به محض رسیدن به پتانسیل E₂، روبش پتانسیل به جای تمام شدن ( معمولا با همان سرعت روبش) در جهت معکوس انجام می‌گیرد. روبش پتانسیل پس از رسیدن مجدد به پتانسیل E₁ ممکن است متوقف یا دوباره در جهت معکوس و تا مقدار E دیگر ادامه یابد. جریان در CV بر حسب تابعی از پتانسیل اعمالی ثبت می‌شود [۱۰۰]. برای اندازه ­گیری نمودار ولتامتری چرخه­ای نمونه­ها از دستگاه Potentiotate Galvanostate- Auto lab استفاده گردید. در این روش اندازه ­گیری از الکترود مرجع Ag/AgCl ، الکترود کمکی پلاتین و الکترود کار (نمونه­های لایه­نشانی شده با پلیمر رسانا و نانولوله­های کربنی) غوطه­ور شده در محلول الکترولیت (لیتیم پرکلرات ۱/۰ مولار، لیتیم یدید ۱۰ میلی­مولار و ید ۱ میلی­مولار در استونیتریل) استفاده شد. اندازه ­گیری با سرعت اسکن ۱۰ میلی­ولت بر ثانیه و محدوده­ ولتاژ اعمالی ۸/۰- تا ۶/۱ انجام شد.

شکل ‏۲‑۱۰- دستگاه ولتامتری چرخه­ای
فصل سوم
نتایج و بحث
.
مقدمه
همانطور که پیش­تر اشاره شد هدف از پروژه فوق، در ابتدا تکمیل منسوج با پلیمرهای رسانا و سپس نانولوله­های کربنی می­باشد. برای این منظور از پارچه­ی پلی­استر به عنوان زیرلایه استفاده شد جهت آماده ­سازی دو نوع عملیات هیدرولیز قلیایی و عمل­آوری با پلاسمای اکسیژن بر روی نمونه­ها انجام شد. تعدادی از نمونه­ها با نانو ذرات مس و نیکل پوشش­دهی شدند. سپس لایه­نشانی پلیمر رسانا بر روی زیرلایه­های فوق توسط روش پلیمریزاسیون شیمیایی انجام شد.
بررسی خصوصیات منسوج لایه­نشانی شده با بهره گرفتن از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی، اسپکتروسکوپی مادون قرمز تبدیل فوریه، اسپکتروسکوپی انعکاسی، ولتامتری چرخه­ای انجام شد.
بررسی مورفولوژی نمونه­های آماده شده با پلاسمای اکسیژن و هیدرولیز قلیایی
قبل از لایه­نشانی سطح منسوج کاملا صاف و تمیز و بدون هیچ گونه خراشی می­باشد. در طی فرایند آماده ­سازی با توجه به نوع فرایند یکسری خراش یا فرسایش روی سطح ایجاد می­ شود که می ­تواند باعث بهبود بسیاری از خواص منسوجات مثل ترشوندگی، چسبندگی، قابلیت چاپ، اصطکاک، مقاومت در برابر لک و … می­ شود. به عبارت دیگر با اصلاح سطح می­توان خصوصیات و عملکرد متنوع و مطلوبی را در منسوجات ایجاد کرد اما در ویژگی­های اصلی ماده تغییری ایجاد نمی­ شود. [۹۷].
هیدرولیز شیمیایی با ایجاد فضاهای لازم برای به تله افتادن ذرات لایه نشانی شده بطرز بسیار ملایمی انجام شده است که بصورت سطوح موجدار و یا بصورت زبری بر روی سطح ظاهر می­ شود.
بعد از آماده ­سازی نمونه­ها با پلاسمای اکسیژن، تغییراتی در مورفولوژی سطح الیاف مشاهده شد که این به علت تخریب موضعی پلیمر در لایه­ های سطحی می­باشد. این تغییرات مورفولوژی به صورت زبری­هایی بر روی سطح مشاهده می­گردد.
شکل ‏۳‑۱- تصویر میکروسکوپ الکترونی پویشی پارچه­ی پلی­استری الف) خام، ب) عمل­شده با پلاسمای اکسیژن، ج) عمل­شده با سدیم هیدروکسید
بررسی طیف سنج مادون قرمز تبدیل فوریه
به منظور بررسی تشکیل گروه ­های هیدروکسیل بر روی سطح پارچه­ی پلی­استری آماده ­سازی شده با پلاسمای اکسیژن و سدیم هیدروکسید از طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه استفاده شده است که طیف حاصل در شکل ۳-۲- مشاهده می­ شود. پیک ظاهر شده در ^۱- Cm3437 مربوط به ارتعاشات کششی –OH می­باشد. شدت و پهنای این پیک بعد از فرایند آماده ­سازی تغییر کرده که می ­تواند نشان­دهنده تشکیل گروه ­های هیدروکسیل توسط فرایند آماده ­سازی در سطح پارچه ­باشد. شدت تغییرات در طیف مربوط به پارچه­ی آماده ­سازی شده با پلاسما بیش­تر می­باشد که نشان­دهنده تاثیر بیش­تر فرایند پلاسمای اکسیژن در تشکیل گروه ­های هیدروکسیل در سطح پارچه است.
پلاسما از طریق برخورد الکترون­ها و فرآیندهای فتوشیمیایی باعث قطع ارتباط مولکول­ها و درنتیجه تولید رادیکال­های آزاد با چگالی بالا می­ شود. این عمل باعث اختلال پیوندهای شیمیایی در سطح الیاف و پلیمرها و درنتیجه شکل­ گیری گونه­ های شیمیایی جدید می­ شود. هم شیمی سطح و هم توپوگرافی سطح تحت تاثیر پلاسما تغییر می­ کند اما در ویژگی­های اصلی ماده تغییری ایجاد نمی­کند[۹۵, ۹۸].
شکل ‏۳‑۲- طیف مادون قرمز پارچه­ی پلی­استر خام، عمل شده با پلاسمای اکسیژن، عمل شده با سدیم هیدروکسید
بررسی مورفولوژی نمونه­های لایه­نشانی شده با نانوذرات مس و نیکل
در مرحله بعد جهت پوشش­دهی پارچه­ها با بهره گرفتن از نانوذرات مس و نیکل از روش لایه­نشانی احیایی استفاده ­شد. با مقایسه­ شکل ۳-۱ و ۳-۳ واضح است که مورفولوژی سطح تغییر کرده و به طور کامل با بهره گرفتن از نانوذرات فلزی پوشش­دهی شده است. در پارچه­های عمل شده با پلاسما، مورفولوژی نانوذرات مس به صورت مخروطی است که در جهت­های مختلف رشد پیدا کردند. این نوع مورفولوژی باعث ایجاد خلل و فرج در سطح می­ شود.
نانوذرات نیکل پوشش­دهی شده بر روی سطح پارچه دارای مورفولوژی مخروطی یا گل­کلمی هستند به همین دیل نسبتا سطح صاف­تری داشته و خلل و فرج کم­تری روی سطح منسوج لایه­نشانی شده مشاهده می­ شود.
شکل ‏۳‑۳- تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی الف) لایه­نشانی شده با نانوذرات نیکل ب) لایه­نشانی شده با نانوذرات مس
(فرایند آماده ­سازی با بهره گرفتن از پلاسمای اکسیژن انجام شد.)
در پارچه­های هیدرولیز شده برای نانو ذرات مس، ذرات مخروطی شکل مشاهده نشده و ذرات به صورت گل­کلمی و همراه با خلل و فرج می­باشند. مورفولوژی سطح یکنواخت­تر و خلل و فرج کم­تری نسبت به حالت پلاسما مشاهده می­گردد.
برای نانوذرات نیکل نوع فرایند آماده ­سازی تاثیر زیادی بر شکل نانوذرات لایه­نشانی شده نداشته و فقط در میزان تراکم لایه ایجاد شده تفاوت حاصل شد.
لایه نانوذرات فلزی تشکیل شده بر سطح پارچه ای که به روش پلاسما عمل شده از تراکم و پیوستگی بسیار زیادی برخوردار است اما در روش هیدرولیز شیمیایی از تراکم بسیار کمتری برخوردار می­باشد که این امر تایید کننده میزان مقاومت الکتریکی بالاتر در منسوج آماده سازی شده به روش پلاسما می­باشد.
شکل ‏۳‑۴- تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی الف) لایه­نشانی شده با نانوذرات نیکل ب) لایه­نشانی شده با نانوذرات مس
(فرایند آماده ­سازی با بهره گرفتن از هیدرولیز قلیایی انجام شد.)
از نمونه­های لایه­نشانی شده با نانوذرات مس و نیکل و نمونه­های خام عمل شده با پلاسمای اکسیژن و سدیم هیدروکسید به عنوان زیرلایه برای مراحل بعدی استفاده شد.
نمونه­های عمل­شده با پلاسمای اکسیژن که با نانوذرات مس لایه­نشانی شدند به دلیل مورفولوژی ایجاد شده و شکل مخروطی نسبت به سایر نمونه­های نیکل خلل و فرج بیش­تری داشته درنتیجه در چسبندگی و میزان لایه­ی پلیمر رسانا بر روی سطح زیرلایه موثر می­باشد.
بررسی خصوصیات منسوج لایه­نشانی شده با پلیمر رسانای پلی­انیلین و پلی­پیرول
بررسی منسوج لایه­نشانی شده با پلی­انیلین
جهت لایه­نشانی منسوج با پلی­انیلین به روش پلیمریزاسیون شیمیایی از زیرلایه­های مختلف (پارچه­خام، پارچه­ی پوشش­دهی شده با نانوذرات مس، پارچه­ی پوشش­دهی شده با نانوذرات نیکل که آماده ­سازی هر کدام از این زیرلایه­ها به دو روش هیدرولیز قلیایی و پلاسمای اکسیژن انجام شد) استفاده شد. لایه­نشانی پارچه­ی خام که با پلاسمای اکسیژن و سدیم هیدروکسید مورد عمل قرار گرفت با موفقیت انجام شد و یک لایه­ی یکنواختی از پلی­انیلین بر روی سطح منسوج تشکیل شد که باعث تغییر رنگ منسوج از سفید به سبز تیره گردید. اما هنگام لایه­نشانی پارچه­های پوشش­دهی شده با نانوذرات مس و نیکل با پلی­انیلین رفتار جالبی مشاهده گردید. پس از اتمام پلیمریزاسیون و خروج نمونه­ها از محیط واکنش مشاهده شد که رنگ نمونه کاملا سفید و تمامی نانوذرات مس و نیکل که بر روی سطح پارچه پوشش­دهی شده بودند، وارد محلول شدند.
البته این اتفاق ناشی از اسیدی بودن محیط و وجود اکسیدکننده آمونیوم پرسولفات می­باشد. مس و نیکل به دلیل ویژگی­های خوبی همچون رسانایی بالا و فراوانی در صنعت زیاد مورد استفاده قرار می­گیرند. با قرار گرفتن در محیط اسیدی این فلزات دچار خوردگی می­شوند. تحقیقاتی جهت جلوگیری از خوردگی مس و نیکل در محلول اسیدکلریدریک ۵/۰ مولار به کمک مواد بازدارنده انجام شد[۱۰۱, ۱۰۲]. ویلیام برای حکاکی مس از یک محلول رقیق آمونیوم پرسولفات استفاده کرد. ویلیام یک حلقه­ی مسی را وزن کرد و به مدت یک ساعت در محلول آمونیوم پرسولفات قرار داد و پس از خروج و اندازه ­گیری وزن حلقه متوجه کاهش وزن آن شد.این آزمایش برای فلزات دیگری همچون نیکل، آهن هم انجام شد و کاهش وزن مشاهده شد[۱۰۳].
همانطور که در فصل ۲ گفته شد پلیمریزاسیون انیلین در شرایط اسیدی(مونومر در اسید کلریدریک ۵/۳ مولار و آمونیوم پرسولفات در اسیدکلریدریک ۱ مولار حل شد.) انجام شد. برای بهتر کردن شرایط جهت جلوگیری از انحلال نانوذرات مس و نیکل، محلول مونومر هم در اسید کلریدریک ۱ مولار حل شد اما باز هم تمامی نانوذرات فلزی وارد محلول شد. اگر اسیدیته محیط پایین (اسیدی) نباشد پلیمر حاصل رسانا نخواهد بود[۴۵]. برای حل این مشکل از کلرید آهن (FeCl₃) به عنوان آغازگر و اسیدکلریدریک به غلظت ۰۵/۰ مولار استفاده شد اما پس از اتمام پایان فرایند پلیمریزاسیون باز هم نتیجه­ مشاهده شد که نانوذرات فلزی در محلول حل شد. کلرید آهن کسیدکننده­ی ملایم­تری نسبت به آمونیوم پرسولفات است که برای انجام پلیمریزاسیون به زمان بیش­تری هم نیاز است که در این مدت انحلال نانوذرات هم اتفاق می­افتد[۱۰۴].
به طور کلی محیط اسیدی و استفاده از ماده­ اکسیدکننده برای پلیمریزاسیون پلی­انیلین به شکل رسانا، ضروری است اما باعث انحلال نانوذرات فلزی در محلول می­ شود. لذا برای لایه­نشانی زیرلایه­هایی پوشش­دهی شده با نانوذرات مس و نیکل از روش­های دیگری استفاده شد. میزان مقاومت الکتریکی سطحی و درصد افزایش وزن پارچه­های خام (آماده ­سازی شده با هیدرولیز قلیایی و پلاسمای اکسیژن) در جدول ۳-۱ گزارش شده است.
در روش غوطه­وری و اسپری از محلول ۲و ۵ درصد حاوی پلی­انیلین ، AMPSA (با نسبت ۱ گرم پلی­انیلین و ۹/۰ گرم AMPSA) در حلال دی­کلرو استیک اسید استفاده شد. دی­کلرو استیک اسید یک اسید قوی با فرمول شیمیایی CHCl₂COOH می­باشد. در هر دو روش (اسپری، غوطه­وری) هنگامی که نمونه را در آون قرار می­دهیم تا خشک شود نمونه حالت خمیری می­گیرد که ناشی از تاثیر اسید بر ساختار پارچه می­باشد. برای رفع این مشکل از استون استفاده شد. درنتیجه پارچه پس از لایه­نشانی با محلول مورد نظر به مدت چند ثانیه در استون غوطه­ور شد تا حلال از روی سطح پارچه خارج شود اما در این روش هم لایه­نشانی با کیفیت خوب انجام نشد چون بخشی از محلول وارد استون شد. در حین اسپری کردن، نمونه­ها را بر روی سطح هیتر قرار داده شد تا حرارت ببیند اما باز هم همان حالت خمیری در پارچه­ها مشاهده شد. پارچه­ی پلی­استری خام بعد از ۴۰ دقیقه غوطه­وری در دی­کلرو استیک اسید، کاملا در آن حل شد اما پارچه­ی پوشیده شده با نانوذرات فلزی حل نشد اما بسیار ترد و شکننده شد که نشان­دهنده تخریب ساختار پلی­استر توسط اسید می­باشد.
بررسی مورفولوژی منسوج لایه­نشانی شده با پلی­انیلین
شکل ۳-۵ تصویری از پارچه­پلی­استری خام و پارچه­ی پلی­استری لایه­نشانی شده با پلی­انیلین را نشان می­دهد. سطح الیاف قبل از لایه­نشانی کاملا صاف و تمیز است اما در پارچه­ی لایه­نشانی شده با پلی­انیلین مورفولوژی سطح تغییر کرده و سطح توسط ذرات پلیمری پوشیده شده است. همانطور که در تصویر نیز مشخص است پوشش­دهی سطح الیاف با پلی­انیلین در کاملا یکنواخت نیست که بر روی مقاومت الکتریکی سطح نمونه­ها ناثیر می­ گذارد.
شکل ‏۳‑۵- تصویر میکروسکوپ الکترونی پویشی پارچه­ی پلی­استری الف) خام ب) لایه­نشانی شده با پلی­پیرول
بررسی منسوج لایه­نشانی شده با پلی­پیرول