ساخت و بررسی خواص فیزیکی پلی آنیلین به عنوان حسگر شیمیایی گاز آمونیاک
چکیده
تشخیص و شناسایی گازهای آلاینده همواره موضوعی مهم و اساسی در صنایع و به ویژه صنایع پتروشیمی بوده است. خطرات ناشی از مواد شیمیایی و گازهای سمی سالانه موجب مسمومیت و حتی مرگ بسیاری از انسان ها، جانوران و گیاهان می شود. حسگرهای شیمیایی گاز بر پایه پلیمرهای رسانا با توجه به خواص ویژه ی آن ها در طی چند دهه ی اخیر رشد چشمگیری داشته است. ساخت آسان، مواد اولیه ارزان، پایداری مناسب و خواص حسگری و انتخاب پذیری این مواد باعث استقبال پژوهشگران و صنعتگران از حسگرهای پلیمری شده است. در این تحقیق از پلی آنیلین که پلیمری رسانا است به عنوان حسگر گاز آمونیاک استفاده شده است. به علت وجود عوامل سنتزی تأثیرگذارِ بسیار، در خواص رسانشی و حسگری پلی آنیلین، پس از تحقیقات اولیه و مرور مقالات علمی از بین تمامی عوامل چهار عامل دما (صفر، 20 و 60 درجه سانتی گراد) و زمان واکنش (1، 2 و 4 ساعت)، نسبت مولی مونومر به اکسیدکننده (2، 4 و 6) و نوع اسید مصرفی (hcl، hno3 و amps) در محیط سنتز، به عنوان عوامل مهم تر انتخاب شده اند. پس از انتخاب عوامل و سطوح آن ها، با استفاده از طراحی آزمایش ها به روش تاگوچی نتایج و اثر این عوامل بر پاسخ هایی همچون میزان بازده واکنش، میزان رسانش لایه نازک پلیمری و میزان تغییرات رسانش لایه نازک پلیمر در حضور گاز آمونیاک مورد تحلیل قرار گرفت. نمونه ها از روش پلیمریزاسیون با هم زدن شدید سنتز شده اند. نتایج نشان داد که تمام عوامل انتخابی بر میزان بازده موثر هستند و برای رسیدن به بیشینه بازده نیاز است تا از یک اسید قوی (hcl) در زمان پلیمریزاسیون بالا (4 ساعت) و دمای کم (صفر درجه سانتی گراد) استفاده شود. همچنین غلظت بالای اکسیدکننده به مونومر به افزایش بازده کمک خواهد کرد. اگرچه طبق آنچه که سایر پژوهشگران هم گزارش کرده اند حتی در شرایط بهینه نیز بازده واکنش در تولید پلی آنیلین چندان بالا نیست. از بین عوامل ذکر شده تنها عامل نسبت مونومر به اکسیدکننده عامل غیر مهم برای تأثیر گذاری بر خواص رسانشی بوده است و سایر عوامل تأثیر بسزایی در میزان رسانش نمونه ها داشته اند. بطوریکه با انتخاب یک اسید قوی (hcl) و یک زمان میانه (2 ساعت) برای سنتز پلیمر و دمای بالای واکنش (c?60) می توان به حداکثر رسانش دست پیدا کرد. در حضور گاز آمونیاک تنها عامل مهم برای تأثیر بر تغییرات رسانش (نسبت به حالتی که حسگر در تماس با هوا می باشد) نوع اسید بوده است که باعث انتخاب پذیری مناسب این پلیمر برای گاز آمونیاک نسبت به هوا می شود. پاسخ های بدست آمده در این پژوهش در مقایسه با نتایج حاصل از پژوهش های قبلی که در مراجع علمی گزارش شده است پاسخ های مناسب تری بوده اند. همچنین در این پژوهش پلی آنیلین از روش پلیمریزاسیون بین سطحی سنتز شده و از کامپوزیت کردن پلی آنیلین و پلی (وینیل الکل)، لایه نازکی تهیه شده که برای بررسی تغییرات رسانش در برابر گاز دی اکسید کربن از آن استفاده شده است. نتایج نشان داده که این ترکیب پاسخ های مطلوبی در حضور این گاز از خود نشان نداده و لذا پلی آنیلین حسگر مناسبی برای این گاز به نظر نمی رسد. نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد، پلیمر تولیدی از هر دو روش (هم زدن شدید و پلیمریزاسیون بین سطحی) از لحاظ ریخت شناسی نانو صفحاتی با ضخامت کمتر از nm100 بوده اند.