بررسی تجربی و نظری تاثیر مشخصه های ساختاری لایه های تشکیل شده از نانو الیاف پلی اکریلونیتریل بر خواص انتقالی آن ها
چکیده
چکیده هدف اصلی این رساله مطالعه ی مشخصه های ساختاری و تاثیر آنها بر خواص انتقالی لایه های تشکیل شده از نانوالیاف پلی اکریلونیتریل(که در این رساله به آنها ریزلایه اتلاق می شود) است. خواص فیزیکی ریزلایه ها به مشخصه های ساختاری آنها وابسته است، لذا تاثیر غلظت محلول پلیمری پلی اکریلونیتریل بر مشخصه های ساختاری شامل قطرالیاف، تخلخل سطحی و زبری سطح ریزلایه ها بررسی گردید. از روش های جدید غیر تماسی شامل پردازش تصویر و میکروسکوپ نیروی اتمی برای ارزیابی زبری سطح استفاده شد. نتایج بیانگر وابستگی قطر نانوالیاف به غلظت محلول پلیمری می باشد. در بررسی نتایج مشاهده شد که افزایش غلظت محلول پلیمری افزایش قطر نانوالیاف وکاهش تخلخل سطحی ریزلایه را به همراه دارد. با استفاده از روابط تئوری، میانگین پوشش ریزلایه ها محاسبه گردید و با توجه به وابستگی قطر نانوالیاف و تخلخل سطحی ریزلایه، مشخصه ساختاری مناسب تعریف شد و سپس ارتباط آن با نفوذپذیری هوا و زبری سطح ریزلایه بررسی گردید. نتایج بدست آمده نشان دادند که بین مشخصه ساختاری و نفوذپذیری هوا و زبری سطح ریزلایه ها همبستگی خوبی وجود دارد. همجنین با بررسی نتایج زبری سطح حاصل از دو روش پردازش تصویر و میکروسکوپ نیروی اتمی ملاحظه شد که از نظر آماری بین نتایج حاصل از دو روش توافق خوبی وجود دارد. کارایی ریزلایه به مقدار زیادی به سطح مخصوص و تخلخل توده آن وابسته است. تخلخل توده یکی از مشخصه های مهم و اثرگذار بر انتقال همزمان رطوبت و حرارت ریزلایه ها می باشد، لذا با استفاده از روش الکتروریسی اصلاح شده ریزلایه های حجیم با تخلخل توده متفاوت تهیه شدند و تاثیر تخلخل توده بر انتقال همزمان رطوبت و حرارت ریزلایه ها بصورت تجربی و نظری مورد بررسی قرار گرفت. یک مدل ریاضی برای پیشگویی رفتار انتقال رطوبت و حرارت ریزلایه های حجیم استفاده شد. مرتبه اهمیت هر یک از شیوه های انتقال حرارت در مدل استفاده شده جهت پیشگویی انتقال همزمان رطوبت و حرارت، با استفاده از روش تحلیل مقیاسی تعیین گردید. با توجه به نتایج بدست آمده ملاحظه گردید که در مورد ریزلایه ها انتقال حرارت به شیوه تشعشع از اهمیت بسیار ناچیزی برخوردار است در حالیکه انتقال حرارت به شیوه جابجایی دارای اهمیت زیادی می باشد. با توجه به نتیجه حاصل از تحلیل مقیاسی، دو مدل جهت توصیف و پیشگویی رفتار انتقال رطوبت و حرارت ریزلایه ها مورد استفاده قرار گرفت. در ابتدا فقط انتقال حرارت به روش هدایت در مدل مورد توجه قرار گرفت و سپس با اضافه کردن انتقال حرارت توسط جابجایی، مدل اصلاح گردید. مدل ها با استفاده از روش اختلاف محدود بطور عددی حل شدند و جهت ارزیابی قابلیت آن ها برای پیشگویی انتقال همزمان رطوبت و حرارت از ریزلایه ها ی حجیم ، نتایج حاصل از حل عددی با نتایج تجربی مقایسه شدند. با توجه به نتایج حاصل از اندازه گیری تخلخل توده ریزلایه های حجیم، مشاهده شد که این ریزلایه ها بسیار متخلخل (تخلخل بیش از%99) هستند. ارزیابی تجربی انتقال همزمان رطوبت و حرارت ریزلایه های حجیم، بیانگر قابلیت بسیار بالای آن ها در انتقال رطوبت و حرارت می باشد. نتایج تجربی نشان دادند که افزایش تخلخل توده با افزایش انتقال رطوبت و حرارت ریزلایه همراه است . همچنین مشاهده شد که در اثر قرار گرفتن ریزلایه بر روی زمینه، نفوذپذیری هوا به مقدار محسوسی کاهش می یابد ولی انتقال رطوبت از ریزلایه تغییر محسوسی نمی کند. مقایسه نتایج تجربی و نتایج حاصل از مدل سازی، بیانگر قابلیت بسیار خوب مدل های استفاده شده جهت پیشگویی رفتار انتقال همزمان رطوبت و حرارت ریزلایه ها می باشد و مدل اصلاح شده برای پیشگویی رفتار انتقال حرارت ریزلایه ها مناسبتر می باشد.