بعد از قرارگیری زیرلایه در محلول لایه­نشانی، ذرات فلزی بر سطح کاتالیز شده زیرلایه رسوب می­ کنند. رسوب فلز در این فرایند از یک مکانیسم الکتروشیمیایی پیروی می­ کند(مثل واکنش­های اکسایش و کاهش) که شامل انتقال الکترون­ها بین انواع واکنش دهنده­های شیمیایی می­باشد. اکسایش با از دست دادن الکترون­ها و کاهش با بدست آوردن الکترون­ها همراه است. بنابراین اکسایش، یک فرایند آندی و کاهش، یک فرایند کاتدی را نشان می­دهد. یک مدل الکتروشیمیایی استفاده شده برای فرایند رسوب­دهی الکترولس فلز، بر اساس تئوری پتانسیل مخلوط فرایند رسوب پیشنهاد داده شده است. بر اساس تئوری پتانسیل مخلوط رسوب­دهی الکترولس، واکنش کلی می ­تواند به یک واکنش کاهشی و یک واکنش اکسایشی تجزیه شود. این واکنش های کاهشی و اکسایشی در زیر توصیف شد.

( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

معادله ۱-۳- کاهش
معادله ۱-۴- اکسایش
که یون فلزی، عامل کاهنده، اتم فلزی، محصول اکسایش در اثر عامل کاهنده، الکترون، z و تعداد الکترون های منتقل شده درواکنش های اکسایشی کاهشی هستند.
واکنش کلی رسوب الکترولس توسط معادله ی ۱-۵ نشان داده شده است. تصویر شماتیک اجزای اصلی رسوب الکترولس در شکل ۱-۹ نشان داده است[۹۳].
معادله ۱-۵- واکنش کلی
شکل ‏۱‑۸- تصویر شماتیک اجزای اصلی لایه­نشانی احیایی[۹۳]
زیرلایه
جنس زیرلایه­ی مورد استفاده نیز بسیار مهم می­باشد. منسوج دارای ساختار سه بعدی است. ویژگی ساختارهای منسوج توسط ویژگی­های خاص الیاف تشکیل­دهنده و ساختارهای نخ و پارچه تعیین می­ شود. پلی­استر گسترده­ترین منسوج مصنوعی مورد استفاده است که یک چهارم الیاف تولیدی جهان را تشکیل می­دهد. پلی­استر انواع متفاوتی دارد. ساختار شیمیایی پلی­استر در شکل ۱-۱۰ نشان داده می­ شود.

شکل ‏۱‑۹- ساختار شیمایی پلی اتیلن ترفتالات[۹۳]
پلی­استر مزایایی زیادی همچون قیمت ارزان، استحکام بالا، انعطاف­پذیری، سبک­وزنی و ثبات ابعادی دارد. پلی­استر دارای نقطه ذوب بالایی است و در برابر رنگ، حلال­ها و بیشتر مواد شیمیایی، لک، کشش و جمع­شدگی مقاوم است. سریع خشک می­ شود و در برابر سایش، سفیدک و چین و چروک مقاوم است. پلی­استرها ثیات خوبی در برابر نور، اکسیژن، آب و بسیاری از مواد شیمیایی دارند. علاوه بر مزایای ذکر شده، پلی­استر ویژگی­های نامطلوبی همچون آبگریزی، تولید و تجمع بار الکتریکی ساکن، چربی­دوست بودن می­باشد[۹۲, ۹۵]
روش متداول برای ایجاد خوردگی و تشکیل گروه ­های هیدروکسیل در سطح پارچه پلی استری، استفاده از روش هیدرولیز قلیایی می­باشد. در طی این فرایند سطح پارچه دچار خوردگی شده و یکسری گروه ­های هیدروکسیل در آن ایجاد می­ شود[۹۵].
آماده ­سازی زیرلایه با فرایند پلاسما
فرایند پلاسما
در سال ۱۸۷۹ آقای ویلیام کروک مفهوم پلاسما را به عنوان حالت چهارم ماده پیشنهاد کرد. در سال ۱۹۲۸ شیمیدان امریکایی ایروینگ لانگمیور برای اولین بار از واژه­ی پلاسما استفاده کرد. پلاسما مخلوطی از گونه­ های واکنش­پذیر مانند رادیکال­های آزاد، الکترون­ها و ذرات سنگین است که آن را به یک وسیله­ بی­نظیر و متنوع برای اصلاح سطح تبدیل می­ کند. تکنولوژی پلاسما یک فرایند تمیز و خشک است که نسبت به فرآیندهای شیمیایی قدیمی مزایای متعددی دارد و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه­تر و دوستدار محیط زیست است. با توجه به پتانسیل­های متنوع و ویژگی­های بی­نظیر پلاسما، از آن با موفقیت در زمینه ­های مختلفی از جمله الکترونیک، صنایع ابزارسازی، خودرو، دستگاه­های پزشکی و به طور کلی صنعت پلاستیک و فیلم استفاده شد[۹۶].
ساختار و خواص مواد نساجی کاملا متفاوت و پیچیده­تر از سطح پلاستیک و فلز است. اساسا خواص سطح نقش مهمی را در مراحل مختلف تولید منسوج و همچنین عملکرد ویژه و معمولی منسوج دارد. بسیاری از خواص منسوجات مثل ترشوندگی، چسبندگی، قابلیت چاپ، اصطکاک، تولید بار ساکن، جمع­شدگی(در مورد پشم)، مقاومت در برابر آب، مقاومت در برابر لک، تا حد زیادی تحت تاثیر ویژگی­های سطح منسوج است. به عبارت دیگر با اصلاح سطح می­توان خصوصیات و عملکرد متنوع و مطلوبی را در منسوجات ایجاد کرد[۹۷].
با ظهور فناوری پلاسما، تحولی جدید در عرصه بهبود خواص سطحی مواد مختلف بوجود آمده 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].
برهم­کنش بین پلاسما با سطح منسوجات
مشکلات چسبندگی مخصوصا برای پارچه­هایی با الیاف مصنوعی در هنگام پوشش­دهی و چاپ منسوجات وجود دارد. بسیاری از زیرلایه­ی پلیمری به دلیل انرژی سطحی کم، چسبندگی ضعیفی دارند. چسبندگی از ویژگی­های سطح است که اغلب توسط لا­یه­ای از مولکول­ها کنترل می­ شود. انواع بسیاری از روش­های مرطوب و شیمیایی برای افزایش چسبندگی سطح وجود دارد ولی به دلیل ملاحظات زیست­محیطی و ایمنی قابل قبول نیستند. در اصلاح الیاف و پلیمرها با پلاسما، ذرات پرانرژی و فوتون­های تولیدشده به شدت با سطح زیرلایه برهم­کنش داشته و باعث چهار اثر عمده­ی تمیز کردن سطح، فرسایش، پیوند عرضی مولکول های نزدیک سطح و اصلاح ساختار شیمیایی سطح می­شوند[۹۹]. از ویژگی­های جالب پلاسما این است که به دلیل سطح نفوذ کم، تغییرات در عمق چند نانومتر محدود می­شوند[۹۸]
برای بررسی کاربردهای بالقوه پلاسما در منسوجات، فهمیدن برهم­کنش بین گونه­ های پلاسما با منسوجات ضروری است. وقتی که گونه­ های برانگیخته و پرانرژی پلاسما(یون­ها، رادیکال­ها، الکترون­ها ) سطح منسوج یا پلیمر را بمباران می­ کنند، واکنش­های متنوعی را آغاز می­ کنند. به طور کلی، پلاسما می ­تواند دو نوع برهم کنش با سطح داشته باشد. نوع اول گسیختگی زنجیرهای سطح است که باعث کنده­کاری، تمیز کردن و یا فعال­سازی می­ شود. نوع دوم برهم­کنش باعث پلیمریزاسیون یا برقراری پیوند جدید می­ شود. برهم­کنش نوع اول با بهره گرفتن از گازهای غیر پلیمریزه کننده مثل هلیوم، آرگون، اکسیژن، هوا و نیتروژن انجام می­ شود. پلیمریزه کردن یا ایجاد پیوند بر روی سطح منسوج می ­تواند با بهره گرفتن از گازهای پلیمریزه­کننده متنوعی مثل فلوروکربن­ها، هیدروکربن­ها و سیلیکون حاوی مونومرها انجام شود. شکل۱-۱۱ (الف) و (ب) هر دو نوع برهم­کنش را نشان می­دهد[۹۶].
شکل ‏۱‑۱۰- برهم­کنش بین سطح و پلاسما
در هر دو نوع برهم­کنش بین سطح و پلاسما، گازهای حامل نقش بسیار مهمی را ایفا می­ کنند. معمولا گازهای بی­اثر مثل هلیوم یا آرگون به عنوان گاز حامل، هم برای کنده­کاری سطح و هم برای پلیمریزه کردن توسط پلاسما، می ­تواند استفاده شود. اصلاح سطح منسوجات با بهره گرفتن از گازهای غیر پلیمریزه­کننده به پارامترهای مختلفی مثل مدت زمان قرارگیری در معرض پلاسما، ماهیت گاز مورد استفاده، ماهیت زیرلایه و قدرت تخلیه، بستگی دارد. نوع گاز مورد استفاده برای تولید پلاسما هم، نقش مهمی را ایفا می­ کند. چون می ­تواند ویژگی­های متفاوتی را بر روی سطح منسوج ایجاد کند. روبل و همکارانش اثر گازهای مختلف مثل نیتروژن، اکسیژن، هوا، کربن­دی­اکسید و آمونیاک را بر روی خواص پارچه­ی پلی­استری اصلاح شده با پلاسما بررسی کردند. گزارش شد که گازهای مختلف در پلاسما، تغییرات مورفولوژیکی و شیمیایی متفاوتی را بر روی سطح پارچه­ی پلی­استری ایجاد می­ کنند. بنابراین برای انتخاب گاز پلاسما باید بسیار دقت کرد تا ویژگی موردنظر در سطح منسوج را ایجاد کند. گازهای بی­اثر عمدتا فعال­سازی سطح را با تولید رادیکال­های آزاد در سطح بوسیله­ی گسیختگی زنجیرها انجام می­ دهند. در حالی­که گازهای واکنش­گری همچون اکسیژن و آمونیاک، گروه­هایی شامل اکسیژن یا نیتروژن ایجاد کنند. این تغییرات در شیمی سطح ممکن است منجر به کاربردهای مختلفی مثل بهبود در چسبندگی، چاپ، رنگرزی و .. شود[۹۶].
منسوجات مورد عمل قرار گرفته با پلاسما تحت تغییرات شیمیایی و فیزیکی از جمله تغییرات شیمیایی در لایه­ های سطحی، تغییرات در ساختار لایه­ی سطحی، تغییرات در خصوصیت­های فیزیکی لایه­ های سطحی قرار می­گیرند. 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 و مساحت سطح مخصوص الیاف به طور قابل ملاحظه­ای افزایش می­یابد. عمل­آوری با پلاسما در سطح الیاف و پلیمر باعث ایجاد گروه ­های عاملی جدید مثل ، ، می­ شود. این گروه­ ها ترشوندگی پارچه را تحت تاثیر قرار می­ دهند[۹۹].
در تحقیق حاضر به دنبال انجام روش­هایی برای پوشش­دهی منسوج با پلیمرهای رسانا همچون پلی­انیلین، پلی­پیرول و نانولوله­های کربنی است. زیرلایه­ی استفاده شده در این کار پارچه­ی پلی­استری خام و پوشش­دهی شده با نانوذرات مس و نیکل می­باشد.
فصل دوم
تجربیات
بخش تجربیات شامل دو قسمت می‌باشد که عبارتند از: ۱- ساخت پارچه‌‌ی رسانا ۲- دستگاه ها و تجهیزات.
شرح کلی آزمایشات
برای لایه­نشانی منسوج با نانولوله­های کربنی و پلیمر رسانا آزمایشات در چندین مرحله انجام شده است.

1. 1. آماده ­سازی پارچه­ی پلی­استری به دو روش هیدرولیز قلیایی و پلاسمای اکسیژن.

1. 1. ساخت پارچه­ی رسانا توسط لایه نشانی فلزی، که با لایه نشانی احیایی فلز نیکل و مس صورت می­گیرد.

1. 1. ساخت پارچه‌‌ی رسانا توسط پلیمرهای رسانا، که شامل پلیمر رسانای پلی­پیرول و پلی­انیلین می­باشد.

1. 1. ساخت پارچه­ی رسانا توسط توسط لایه نشانی کامپوزیتی از پلیمر رسانای انیلین و پیرول با فلز مس و نیکل.

1. 1. ساخت پارچه­ی­ رسانا توسط لایه­نشانی کامپوزیتی از پلیمر رسانای انیلین و پیرول با نانولوله­های کربنی چند دیواره.

1. 1. ساخت پارچه­ی­ رسانا توسط لایه­نشانی کامپوزیتی از نانولوله­های کربنی، پلیمر رسانای انیلین و پیرول با نانوذرات فلزی مس و نیکل.

آماده ­سازی
پارچه های پلی استر به دلیل جذب رطوبت پایین و هیدروفوب بودن به یک سری عملیات پیش واکنشی جهت ارتقاء قابلیت جذب نیاز دارند به همین دلیل ابتدا این پارچه را با بهره گرفتن از دو روش هیدرولیز قلیایی با سدیم هیدروکسید یا پلاسمای اکسیژن مورد عمل قرار داده شد تا یکسری گروه ­های عاملی هیدروکسیل و خراش در سطح آن ایجاد شود و باعث افزایش جذب آب و هیدروفیل شدن سطح زیرلایه گردد.
آماده ­سازی نمونه با پلاسما
برای ­آماده ­سازی نمونه­ها با پلاسما از دستگاه پلاسما ( ) ساخت کره استفاده شد. نمونه­ها در یک محفظه­ی کوچک بین دو الکترود قرار گرفته و از اکسیژن به عنوان گاز ورودی استفاده شد. عمل­آوری با پلاسمای اکسیژن به مدت ۱۵ دقیقه در فشار ۴ و توان ۹۰ وات انجام شد. شکل ۲-۱ دستگاه پلاسمای استفاده شده در این پروژه را نشان می­دهد.
شکل ‏۲‑۱- دستگاه پلاسما
آماده ­سازی نمونه با هیدرولیز قلیایی
به منظور آماده ­سازی نمونه با بهره گرفتن از هیدرولیز قلیایی، ابتدا محلول ۲۰ گرم بر لیتر سدیم هیدروکسید را تهیه کرده و سپس پارچه به مدت ۱۵ دقیقه در دمای ۷۵ درجه در آن غوطه­ور می­ شود. سپس پارچه خارج شده و با آب دوبار تقطیر شستشو داده می­ شود.
مواد و روش­های مورد استفاده برای ساخت منسوج رسانا توسط لایه­نشانی به ‌روش احیایی
همان طور که گفته شد هدف از انجام این پروژه لایه­نشانی منسوج با کامپوزیتی از پلیمر رسانا و نانولوله­های کربنی به منظور استفاده از آن به عنوان الکترود مقابل در سلول خورشیدی می­باشد. از آنجایی که در سلول­های خورشیدی از شیشه­ی رسانا به عنوان زیرلایه استفاده می­ شود در این پروژه از پارچه­های رسانا شده با نانوذرات مس یا نیکل به عنوان زیرلایه استفاده گردید. برای پوشش­دهی منسوجات با نانوذرات فلزی روش­های مختلفی پیشنهاد شده است که بهترین آن­ها لایه­نشانی به روش احیایی می­باشد. در این روش سطح منسوج بدون استفاده از منبع خارجی مولد جریان الکتریکی لایه­نشانی می­ شود. در پروژه حاصل پارچه پلی­استری را با فلزات نیکل و مس به روش احیایی لایه­نشانی کردیم. در این روش یون­های فلزی مس و نیکل که دارای بار مثبت و گیرنده الکترون می­باشند توسط احیاء شیمیایی که بوسیله مواد احیاء کننده صورت می­گیرد، الکترون دریافت نموده و اتم­های فلزی خنثی روی سطح لایه­نشانی می­گردد.
لایه­نشانی با مس
مواد مورد استفاده در لایه‌نشانی احیایی با مس
پارچه‌ی ۱۰۰ درصد پلی­استر با تراکم تار و پود (۳۰×۳۵) و ابعاد نمونه ۵ × ۵ سانتی­متر ، شوینده Dyatex ANW (آنیونیک/نانیونیک) از شرکت دایر شیمی، سود (NaOH)، کلرید قلع (SnCl₂)، اسید کلریدریک (HCL)، کلرید پالادیم (PdCl₂)، سولفات مس (CuSO₄)، سولفات نیکل (NiSO₄.6H₂O)، هیپوفسفیت سدیم (NaH₂PO₂.H₂O)، اسید بوریک (H₃BO₃) و سیترات سدیم (C₆H₅Na₃O₇.2H₂O) است همه این مواد شیمیایی از شرکت مرک آلمان خریداری شده است.
روش لایه نشانی احیایی با مس
به ‌دلیل هدایت الکتریکی بسیار بالای فلز مس، از نمک این فلز برای لایه‌نشانی استفاده شده است. برای لایه­نشانی با مس ابتدا لازم است محلول ها از قبل تهیه شوند.

• • محلول ماده‌ی حساس‌کننده: ۱۰ گرم بر لیتر از کلرید قلع در اسیدکلریدریک حل شده و به حجم رسانده شد. محلول را به مدت ۲۴ ساعت در دمای محیط نگه داشته تا محلول به‌طور کامل شفاف شود.

• • محلول ماده‌ی فعال‌کننده: ۱/۰ گرم بر لیتر کلرید پالادیوم در اسیدکلریدریک حل شده و به حجم رسانده شد. محلول را در دمای محیط قرار داده و بعد از ۲ ساعت آماده شد.

فرایند لایه‌نشانی به‌صورت چند مرحله‌ای انجام گرفت که این مرحله‌ها در شکل۲-۲ نشان داده است.