تولید آزمایشگاهی فیلم‌های نانوکامپوزیتی از پلیمر‌ی زیست تخریب پذیر

استفاده‌ی روزمره از محصولات پایه نفتی نگرانی‌های زیست محیطی بسیاری به وجود آورده است. بنابراین جایگزین کردن آن‌ها با موادی با منشأ طبیعی و قابل بازگشت به محیط زیست اجتناب‌ناپذیر است. امروزه به کارگیری پلیمرها در قطعات هادی الکتریسیته مورد توجه بسیاری قرارگرفته است. با توجه به ضرورت کاربرد مواد غیرنفتی، استفاده از پلیمرهای زیست تخریب‌پذیر در این تجهیزات نیز به موضوعی جذاب تبدیل شده است.

در این تحقیق فیلم‌های نانوکامپوزیت هادی جریان الکتریسیته ساخته شده‌است که افزون بر ویژگی رسانا بودن، زیست سازگار و منعطف نیز هستند.

هدیه فلاحی- کارشناسی ارشد مهندسی صنایع پلیمر از پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران- با بیان اینکه از جمله پلیمرهای زیست تخریب‌پذیر مورد استفاده در این حوزه پلی لاکتیک اسید است که خواص مکانیکی خوبی دارد، توضیح داد: «روشن است که به منظور ایجاد هدایت الکتریکی در این پلیمرها باید از فلزات استفاده کرد. در این میان نانوسیم‌های نقره خواص الکتریکی و نوری فوق‌العاده‌ای از خود نشان داده‌اند که منجر به استفاده‌ی گسترده از آن‌ها در تحقیقات مختلف شده است.»

به گفته‌ی این محقق، نانوکامپوزیت‌های ساخته شده در این طرح نیز از جنس پلی لاکتیک اسید/ نانوسیم نقره هستند و به دلیل استفاده از مقادیر بسیار پایین نانوسیم‌های نقره، هزینه‌ی ساخت آن‌ها کاهش یافته است.

فلاحی در ادامه به تشریح کاربردهای نانوکامپوزیت‌های رسانا پرداخت و گفت: «به طور کلی فیلم‌های رسانا، شفاف، منعطف و زیست تخریب پذیر پلی لاکتیک اسید/نانوسیم نقره در صنایع الکترونیک رسانا و شفاف از جمله ساخت صفحات لمسی و حسگرها، در صنایع پزشکی جهت

ساخت حسگرهای تشخیصی و کیت‌های رسانای الکتریسیته و در صنایع نوری در ساخت وسایلی نظیر OLEDها و سلول‌های خورشیدی کاربرد دارند.»

وی در خصوص روش استفاده شده در ساخت و عوامل مورد برسی عنوان کرد: «در این پژوهش نانوسیم‌های نقره به وسیله‌ی روش «پلی ال» سنتز شده و مطالعه دقیقی بر روی تأثیر متغیرهای واکنش از جمله اثر زمان واکنش بر ویژگی‌های مورفولوژیکی و ساختاری آن‌ها انجام گرفته است. سپس یک فیلم زیست سازگار، رسانا و منعطف از پلی لاکتیک اسید و نانوسیم نقره به روش ریخته گری، با نشاندن نانوسیم‌های نقره در بستر پلی لاکتیک اسید تهیه شده است.»

طبق نتایج حاصل شده تغییر مدت زمان واکنش تأثیر بسزایی بر روی قطر سیم‌ها دارد، در حالی که طول سیم‌ها را تغییر چشمگیری نمی‌دهد. همچنین با افزایش مدت زمان واکنش، قطر نانوسیم‌ها افزایش می‌یابد. از طرفی فیلم‌هایی که از نانوسیم‌های ضخیم ساخته شده‌اند، شفافیت بالاتری نسبت به فیلم‌هایی با نانو سیم‌های باریک دارند. لذا می‌توان نتیجه گرفت که عامل اصلی تأثیرگذار بر روی شفافیت ، قطر نانوسیم‌هاست. علاوه بر این، برای مقادیر یکسان از نقره، نانوسیم‌های باریک نسبت به نانوسیم‌های ضخیم، مقاومت سطحی بالاتری دارند.

از طرفی پلی لاکتیک اسید، ماتریس بسیار عالی برای نانوسیم‌های نقره است؛ چراکه فیلم‌های بهدست آمده دارای شفافیت عالی و رسانایی الکتریکی فوق العاده بودند. این در حالی است که فیلم‌های نانوکامپوزیتی ساخته شده زیست تخریب پذیر بوده و انعطاف پذیری عالی، چسبندگی فوق العاده، سطحی صاف و خواص مکانیکی و استحکام کششی بالایی دارند.

به گفته‌ فلاحی در این طرح از آزمون‌هایی نظیر طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه(FTIR)، آزمون میکروسکوپ الکترونی پویشی(SEM)، آزمون طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس(EDX)،آزمون سنجش هدایت الکتریکی(Four point probe)، آزمون پراش اشعه ایکس(XRD)، آزمون طیف سنجی نورمرئی فرابنفش(UV-vis)، آزمون خمش(Bending test)، آزمون چسب نواری(Tape test)، آزمون کشش(Tensile)، آزمون میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM)، آزمون کالریمتری روبشی تفاضلی(DSC) استفاده شده است.

این تحقیقات از همکاری هدیه فلاحی-فارغ التحصیل کارشناسی ارشد مهندسی صنایع پلیمر پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران- دکتر حامد عزیزی، دکتر اسماعیل قاسمی و دکتر محمد کرابی- اعضای هیأت علمی پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران- بهدست آمده است. نتایج این کار در مجله‌ی Organic Electronics با ضریب تأثیر 3/399 (جلد 44، سال 2017، صفحات 74 تا 84) چاپ شده است.