Abstract
The deposition and properties under electrochemical potential control of composite films of polyaniline and single walled carbon nanotubes were studied using high frequency acoustic wave measurements at quartz crystal resonators. Acoustic admittance spectra were used to provide shear moduli for the growing films as functions of thickness and dopant anion (sulfate, nitrate or perchlorate). The electrochemical and viscoelastic data were compared with those obtained in a parallel set of experiments in the absence of carbon nanotubes. The presence of carbon nanotubes in the deposition solution enhances the rate of polyaniline deposition by a factor of 3–5, according to the dopant. In all media, the shear modulus components increased with film thickness and in any given medium both the storage and the loss moduli were greater in the presence of carbon nanotubes. Since SEM images do not reveal the presence of the carbon nanotubes directly, they are deduced to interact sufficiently strongly with the polymer as to become fully encapsulated. A mean field model is adapted to provide predictive capability at a simplistic level for composite film viscoelastic properties in terms of the mechanical properties of the constituents. When applied to the experimental data, it suggests that the level of carbon nanotube incorporation is modest, despite its significant effect on film deposition and properties
چکیده
ترسیب و خواص تحت کنترل پتانسیل الکتروشیمیایی فیلم های ترکیب پلیآنیلین و نانولوله های کربنی تک جداره با استفاده از اندازه گیری موج های صوتی با فرکانس بالا در تشدید کنندههای بلور کوارتز مورد مطالعه قرار گرفتند. طیف ادمیتانس صوتی برای ارائه مدول برشی برای فیلم های در حال رشد به عنوان توابع ضخامت و آنیون ناخالص ساز استفاده شد (سولفات، نیترات و یا پرکلرات). داده های الکتروشیمیایی و ویسکوالاستیک با آنهای به دست آمده در مجموعه موازی از آزمایشات در غیاب نانولوله های کربن مقایسه شد. حضور نانولوله های کربنی در محلول ترسیب میزان رسوب پلیآنیلین را توسط یک عامل از 3-5، با توجه به ناخالص افزایش میدهد. در تمام محیطها، اجزای مدول برشی با ضخامت فیلم افزایش یافته است و در هر محیط، هر دو مدول ذخیره سازی و فقدان در حضور نانولوله های کربنی بیشتر بود. از آنجا که تصاویر SEM حضور نانولوله های کربنی را به طور مستقیم آشکار نمیکند، استنباط شده که آنها به اندازه کافی به شدت با پلیمر برای تبدیل شدن به محصور کامل برهمکنش میکند. یک مدل میانگین میدان برای ارائه قابلیت پیش بینی در سطح ساده برای خواص ویسکوالاستیک ترکیب فیلم از نظر خواص مکانیکی اجزاء سازگار است. وقتی که داده های تجربی به کار رفته باشد، نشان میدهد که سطح اختلاط نانولوله های کربنی متوسط است، با وجود اینکه اثر قابل توجهی بر ترسیب فیلم و خواص آن دارد.
1-مقدمه
فیلم های پلیمر الکتروفعال به طور گسترده برای وقف سطح الکترود فلزی با ویژگیهای الکترونیکی [1،2]، نوری [3-5]، ذخیره انرژی [6،7] / تبدیل [8]، تحویل کنترل شده [9] و حوزه نانو ]10[ مفید استفاده میشود. معمولا، اثبات مفهوم برای پدیده های مربوطه ایجاد شده است و نتایج امیدوار کننده ای به دست آمده است اما پیاده سازی فن آوری با دوام مواد و یا طول عمر دستگاه محدود شده است. در بسیاری از موارد این دو به طور جدایی ناپذیری مرتبط اند. در مورد پلیمر حجم، یک راه حل سنتی برای این مشکل عمومی افزودن اجزاء غیر فعال است که استحکام، سختی و دوام پلیمر را افزایش میدهد. در مورد فیلم های پلیمری الکتروفعال، مدت زیادی است که معلوم است که انتقال بار - که تقریبا تمام کاربردها مبتنی بر آن است- با یک سطح حلال پوشی بالا تسهیل میشود، چون که این باعث کاهش مقاومت در برابر حرکت یون میشود. با این حال، این استراتژی لزوما به نرم شدن فیلم و کاهش مقاومت مکانیکی منجر میشود. نیاز اساسی برای اصلاح این نقص، دستکاری مستقل خواص الکترونیکی و مکانیکی فیلم است. در این مطالعه، ما بررسی میکنیم که تا چه حد ممکن است برای فیلم های پلیآنیلین با گنجاندن نانولوله های کربنی انجام شود. مفهوم این است که نانولولههای سخت به عنوان "سفت کننده" در مقیاس نانو به منظور ارائه قدرت مکانیکی برای فیلم های سطحی است که ساختارها به اندازه کافی باز (به عنوان یک نتیجه از حلال پوشی فیلم) تا اجازه انتقال آسان یون را بدهد. علاوه بر این، ما از یک مدل میانگین میدان ساده از کاربرد عمومی برای پیش بینی ویژگی های کیفی برای ارتباط بین ترکیب فیلم ( مقدار حلال و نانولوله) و خواص مکانیکی استفاده میکنیم.
در زمینه پلیمرهای هادی [11،12]، روش های الکتروشیمیایی ثابت شده است که در کنترل پلیمریزاسیون، رسوب فیلم و حالت دوپینگ (ردوکس) بسیار موثر است. در مثال دوم، این یک وسیله از دستکاری خواص فیلم (الکترو) شیمیایی، نوری، الکترونیکی و مکانیکی در کاربردهای متعدد فراهم میکند. علاوه بر مواد مبتنی بر پلیهتروسیکل، به ویژه آنهای مبتنی بر پلی پیرول [9] و پلیتیوفن ]8،2[ یکی از مواد به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته پلیآنیلین است [13-23]. ویژگی های جذاب پلیآنیلین شامل تسهیلات برای ساخت، دستکاری و استفاده از فیلم در محیطهای آبی، دسترسی الکتروشیمیایی به چند حالات ردوکس (یعنی بیش از دو)، و پایداری طولانی در هوا، در آب و در چرخههای ردوکس میباشد؛ این خواص در تعدادی از کاربردها به طور گسترده میتواند به عنوان الکتروشیمیایی، نوری و الکترونیکی طبقه بندی شده است. همچنین شایان ذکر است که پلیآنیلین از عوارض ناشی از این مسئله ساختاری ظریف تر نظم منطقه ای رنج نمیبرد، که برای تاثیر گذاری در ویژگیهای الکتروشیمیایی [24]، طیف سنجی [25] و مکانیکی [26-29] فیلمهای پلیمر مبتنی بر تیوفن نشان داده شده است...