تهیه و شناسایی نانو کامپوزیتهای پلی آنیلین/اکسید روی و مطالعه بکارگیری آنها در ساخت وریستورهای پلیمری
/ندااسدی
: شیمی
، ۱۳۹۴
چاپی
کارشناسی ارشد
نانوشیمی
۱۳۹۴/۰۶/۳۱
تبریز
وریستورهای بر پایه اکسید روی بطور گسترده ای برای حفاظت بسیاری از مدارهای الکتریکی و الکترونیکی در مقابل ولتاژهای بالا در محدوده چندین ولت تا بیش از یک میلیون ولت مورد استفاده قرار می گیرند .بنابراین از این وریستورها بعنوان وریستورهای ولتاژ بالا یاد می شود .به هر حال با توسعه تکنولوژی و استفاده از مدارهای الکتریکی در دستگاههای کوچکتر نظیرموبایلصها و تبلتصها، لزوم دستیابی به وریستورهای با ولتاژ شکست پایین و امکان کاربرد در جریانها و ولتاژهای بسیار پایین وجود دارد .بعبارت دیگر نیاز به ساخت وریستورها برای حفاظت مدارهای الکتریکی میکروساختار وجود دارد .تحقیق ها و فعالیتهای مختلفی در این زمینه صورت گرفته است .یکی از راه های بهبود عملکرد وریستورها، اصلاح ساختار آنها با افزودن مواد شیمیایی مناسب می باشد .در مورد وریستورهای بر پایه اکسید روی نیز تهیه وریستور های پلیمری با استفاده از مخلوط یک پلیمر با اکسید روی مورد توجه قرار گرفته است .ولی در مورد وریستورهای بر پایه دی اکسید تیتانیم تاکنون گزارشی از کامپوزیت پلیمری اکسید مذکورمشاهده نشده است .در وریستورهای پلیمری، در واقع کامپوزیتی از پلیمر با اکسید فلزی نیمه هادی مثل اکسید روی و یا دی اکسید تیتانیم تهیه می شود .پلیمرهای هادی بدلیل داشتن هدایت کنترل شده و امکان تهیه آنها در محدوده وسیعی از هدایت الکتریکی، در ساخت وریستورهای کامپوزیتی پلیمری مورد توجه قرار گرفته اند .مطالعات نشان داده است که استفاده از پلیمرهای هادی همراه با اکسید فلزات نیمه هادی نظیر اکسید روی و دی اکسید تیتانیم در زمینه ای از یک پلیمر معمولی منجر به ساخت وریستورهایی با نوار انرژی قابل تنظیم) مورد نظر (میگردد .با بکار گیری فناوری نانو می توان لایه های مرزی بین اکسید فلز-پلیمر هادی را توسعه داده و در جهت ساخت وریستورهای با خواص مطلوب هدایت کرد .مطالعات نشان می دهد که لایه مرزی نقش بسیار مهمی در هدایت و ولتاژ شکست وریستورها دارد .از طرف دیگربا کنترل شرایط سنتز می توان ساختار ها ویا نانو ساختارهای مختلفی از اکسید روی، پلیمر هادی و کامپوزیت آنها بدست آورد .مسلما با تغییر نانو ساختار، لایه های مرزی و ارتباط بین سازنده ها نیز دستخوش تغییر میشود .در بخش اول کار پژوهشی به سنتز نانو ذرات اکسید روی پرداخته شد و به نانو ذراتی در ابعاد کمتر از۷۰ نانومتر دست یافتیم و نانو ذرات سنتز شده با استفاده از آنالیزهایXRD وSEM به اثبات رسیدند .هدف در بخش دوم کار پژوهشی تهیه انواع نانو و میکرو ساختارهای کامپوزیتی از پلی آنیلین با اکسید روی و نانو ساختارهای پلی آنیلین با دی اکسید تیتانیم و مطالعه استفاده از آنها در ساخت وریستورهای پلیمری بود که با تنظیم شرایط سنتز، نانو و میکروکامپوزیت هایی با درصدهای مختلف از اکسید روی با پلی آنیلین و نانوکامپوزیت های با درصدهای مختلف از پلی آنیلین با دی اکسید تیتانیم سنتز شد و با استفاده ازآنالیزهایIR -FT،SEM وXRD به اثبات رسیدند .در بخش سوم کار پژوهشی ویژگی های کاربردی وریستورهای تهیه شده با اندازه گیری و رسم منحنی های ولتاژ-جریان در محدوده های مختلفی از ولتاژها و جریانصها مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت .در وریستورهای کامپوزیتی PANI - ZnO نمونهصهای حاوی ۱۵/۹۹، ۰۱/۹۹، ۸۲/۹۸و ۵۲/۹۸اکسید روی مشخصه-ی ولتاژ-جریان غیر خطی را دارا می باشندکه از درصدهای وزنی ذکر شده نانوکامپوزیت حاوی ۰۱/۹۹اکسیدروی- ۹۹/۰پلی آنیلین بهترین نمونه وریستوری از لحاظ ولتاژشکست پایین و ضریب غیر خطی و طول عمر بالا می باشد .در وریستورهای کامپوزیتیPANI- TiO۲نمونه های حاوی ۱۵/۹۹ و ۸۲/۹۸دی اکسید تیتانیم مشخصهصی ولتاژ-جریان غیر خطی را دارا می باشند و در مقایسه این دو مجموعه ی وریستوری ,وریستورهای بر پایه اکسید روی نسبت به وریستورهای بر پایه دی اکسید تیتانیم به عنوان بهترین نمونه وریستوری از لحاظ ضریب غیر خطی و ولتاژ شکست انتخاب شدند ولی در قبال آن وریستورهای بر اساس دی اکسید تیتانیم با توجه به منحنی هیسترزیس طول عمر بالایی را دارا می باشد
Varistors based on zinc oxide are used extensively to protect several electrical and electronic circuits against high voltages from a few volts to more than a million volts. Therefore, this kinde of varistors are as high voltage varistors. However, with the development of the technology and the use of electrical circuits in smaller devices such as mobiles and tablets, the need to produce a varistor with low breakdown voltage become nessesery and enables the use of very low currents and voltages appears. In other words, there is a need to build a varistor for protecting electrical microstructure circuits. Different researches activities have been done in this field. One way to improve the performance of a varistor, is its modifying by the adding appropriate chemical additives. In the case of zinc oxide varistors preparation of polymer varistors by mixing a polymer with zinc oxide is taken into consideration. However in the case of titanium dioxide this hasn't been reported. Polymer varistors are polymeric composits which contain a polymer and a metal oxide semiconductor component such as zinc oxide and titanium dioxide .Recently,conducting polymers have attracted much attention in the fabrication of polymeric composite varistors due to the possess of controlled conductivity and the possibility of preparation in a wide range of electrical conductivity. Studies have shown that the varistors with adjustable band gaps can be construted by the incorporation of conducting polymers with the metal oxide semiconductors such as zinc oxide and titanium dioxide as composites.Utilization of nanotechnology can extend boundary layer between metal oxide and conductive polymer which will lead to the construction of varistors with desirable properties.studies showed that the boundary layer has a very important role in conductivity and breakdown voltage of varistors. Beside,different nanostructures of zinc oxide,conducting polymersand composites can be obtained under special controlled conditions of senthesis.by changing the nanostructure,boundary layers and also the relationship between their components will be altered.At the first part of this project ZnO nanoparticles with the size distribution below 70nm were synthesized. Their structures were proved by SEM and XRD analysis. At the second part of this project,the micro and nanocomposites of PANI-ZnO and PANI-TiO2 were prepared. These composites were synthesized in different weight ratios of each components with the aim of their applications in polymeric varistors. Characterization studies were performed by FT-IR,SEM and XRD techniques. At the third part of this project,application features of the prepared varistors were evaluated by the measuring and plotting of I-V curves at different ranges of voltages and currents. ZnO-PANI composite varistors samples which contain 99.15 ,99.01 ,98.82 and 98.52 of zinc oxide have non-linear I-V characteristic.The nanocomposite varistors with the composition of 99.01 zinc oxide-0.99 PANI is the best varistors sample due to the possess of lowest breakdown voltage,high non-linear coefficient and high life expansion. As a result,varistors based on ZnO are the best composite varistor samples due to possess of high non-linear coefficient as well as high breakdown voltage compared with the TiO2-PANI based varistors. However TiO2-PANI based composite varistors according to the hysteresis have the highest life expansion