خواص حرارتی، دی الکتریک و ضد میکروبی نانوکامپوزیت های پلی استایرن/ITO:Cu
در اینجا مشخص شد که غشاهای پلی استایرن ماده موثر در رشد ایندیم-قلع-اکسید (ITO) دوپ شده و نشده با غلظت های مختلف از ۳ تا ۷ درصد وزنی نانوذرات CuO هستند. نانوکامپوزیت ها با روش های XRD، FTIR، HR-SEM/TEM و ارزیابی های دی الکتریک مشخص شدند. نانوکامپوزیت های ITO پلی استایرن (ITO/PS) میزان بالایی از فاز کریستالی با حاشیه های مشبک را نشان دادند که به خوبی در فاز فاز مکعب ITO پذیرفته شده است. با افزایش غلظت CuO در نانوکامپوزیت ITO/PS، رسانش کاهش می یابد. تحلیل کالریمتری/ترموگراویمتری اسکن تفاضلی پایداری حرارتی خوبی در نانوکامپوزیت های آماده شده نشان داد. افزایش درصد وزنی CuO بر دمای انحطاط و پایداری حرارتی کامپوزیت دوپ نشده تاثیر چندانی نداشت. بالاترین رسانش برای ITO دوپ شده با 7 درصد وزنی CuO به دست آمد. نانوکامپوزیت های ITO:Cu پلی استایرن فعالیت ضد میکروبی قابل توجهی در برابر قارچ های غیر رشته ای (مانند کاندیدا آلبیکنس)، باکتری های گرم مثبت (من جمله باسیلوس مایکوئیدها) و باکتری های گرم منفی (مانند اشریشیا کلی) در تمام غلظت های آزمایش شده (7.0-3.0 درصد وزنی CuO) با حداکثر فعالیت در ۷٫۰ درصد وزنی CuO از خود نشان دادند.
فلزات واسطه اکسیدهای ایندیم و اکسیدهای قلع دوپ شده نوعی اکسید رسانای شفاف (TCO) هستند که به عنوان نیمه هادی های شفاف در بسیاری از دستگاه های لایه نازک و دیود ساطع نور (LED) استفاده می شوند. از نیمه هادی های اکسید فلزی نانوسایز مانند نانومیله ها، نانوسیم ها و نانوتسمه ها به دلیل خواص الکتریکی و نوری عالی و نسبت سطح-حجم بالا استفاده می شود. از ایندیم-قلع-اکسید (ITO) نیمه هادی های نوع n در دستگاه های نوری و الکتریکی مانند نمایشگرهای OLED، صفحه نمایش کریستال مایع (LCD)، سلول های خورشیدی، نمایشگرهای اسپم ضد الکترومغناطیسی و دستگاه های حالت جامد حساس به نور استفاده می شود زیرا از گذرندگی بالا در ناحیه نور مرئی، مقاومت کم و رسانش الکتریکی بالا برخوردار هستند. از روش های سنتز ITO بسیاری من جمله کندوپاش DC و RF، رسوب لیزر پالسی، اسپری پیرولیز، تبخیر حرارتی CVD، و تبخیر پرتو الکترونی می توان استفاده کرد. روش کاتالیزوری برای به دست آوردن اندازه کنترل شده و نانوساختارهای یکنواخت بالا کاربرد دارد که اندازه نانوساختار را با کمک ذرات فلز نجیب به عنوان یک کاتالیزور کنترل می کند. کامپوزیت پلیمری آلی/ نانوذرات نیمه هادی در دهه های گذشته به دلیل دارا بودن اندازه نانو، خواص سطحی وابسته و پتانسیل عالی در کاربردهای مختلف به عنوان اپتیک، فتوکاتالیز ناهمگن، سوئیچینگ نوری، دستگاه های ساطع کننده نور آلی- معدنی و ترانزیستورها بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. از این رو، مواد پلیمری حلالیت، فرآیند پذیری و کنترل رشد نانوذرات را فراهم می کنند (پلیمری که به عنوان عامل پوششی برای نانوذرات استفاده می شود). بنابراین، توجه زیادی به ترکیب پلیمریزاسیون درجا و سل-ژل برای تشکیل نانوذرات معدنی در ماتریس های پلیمری به منظور به دست آوردن خواص نیمه هادی مهندسی جدید با کنترل رشد نانوذرات معطوف شده است. به منظور بهبود خواص حرارتی و دی الکتریک در سیستم های پلیمری مختلف، بسیاری از محققان انواع مختلفی از فیلرهای نانولوله کربنی، گرافیت و فلزی (Ag، Zn، Al و غیره) را در سیستم پلیمری ترکیب می کنند.
روش دیگری برای بهبود خواص حرارتی و دی الکتریکی ماتریس های پلیمری افزودن فیلرهای سرامیکی نانوذرات Al₂O₃، نیترید آلومینیوم (AIN)، سیلیس (SiO₂) و Fe₂O₃ است. اکنون، این کار برای توسعه خواص ضد باکتریایی و دی الکتریک و پلی استایرن (PS) به کمک ایندیم–قلع–اکسید (نیمه هادی) (ITO) مناسب است که طراحی مشابهی با کامپوزیت های آلی- معدنی و خواص فیزیکی-شیمیایی اصلاح شده دارد. این یافته فرصت جدیدی برای برنامه های کاربردی این نانوکامپوزیت های ITO:Cu و ITO/PS مانند دستگاه های نیمه هادی شفاف که در دمای محیط، نیمه هادی های مغناطیسی رقیق (DMS) با دمای کوری بالا و تصفیه فاضلاب را فراهم می کند. اخیراً مطالعات مختلف به بررسی اثرات دوپینگ بر خواص فیزیکی اکسیدهای رسانای شفاف بسته به نوع، درصد محتوای ناخالصی و توانایی آنها در کنترل خواص فیزیکی پرداخته اند. نانوذرات مس، تیتانیوم، روی و نقره به دلیل مقاومت در برابر میکروارگانیسم های مختلف به عنوان نانومواد ضد میکروبی محسوب می شوند. مکانیسم های مختلف در نانوکامپوزیت های فعال می توانند به درک خاصیت ضد میکروبی آنها در بسیاری از میکروارگانیسم ها کمک کنند. ابتدا، نانوکامپوزیت ها می توانند به بار منفی سطح سلولی متصل شده و در نتیجه، خواص دیواره و غشای سلولی مرتبط با تنظیم فشار اسمزی، نفوذپذیری، تنفس و انتقال الکترون را تغییر دهند. علاوه براین، نانوکامپوزیت ها می تواند با ورود به داخل سلول با اجزای سلولی مانند پروتئین ها و DNA داخل سلولی واکنش نشان دهند. از طرفی یون هایی که از نانوکامپوزیت ها آزاد شدند، توانایی تشدید اثر ضد میکروبی را دوز و اندازه آن دارند. هدف از این مطالعه بررسی خواص ساختاری، مورفولوژیکی، حرارتی، دی الکتریک و ضد باکتریایی ITO/پلی استایرن دوپ نشده (ITO/PS) و نمونه دوپ شده با غلظت های مختلف (3، 5 و 7 درصد وزنی) CuO است. خواص ساختاری و مورفولوژیکی نانوکامپوزیت های آماده شده با استفاده از روش های پراش پرتو ایکس (XRD)، اسپکتروسکوپی FTIR و میکروسکوپ الکترون HR-SEM تجزیه و تحلیل شدند. در شکل زیر استفاده از الگوهای XRD در نانوکامپوزیت های دوپ شده/نشده نشان داده شده است.
شکل 1:
از تحلیل ترموگراویمتری/کالریمتری اسکن تفاضلی (DSC/TGA) نیز برای بررسی خواص حرارتی استفاده شد. علاوه براین، نانوکامپوزیت های نیمه هادی ITO-Cu/PS از نظر رسانش و تحلیل ضد باکتریایی بررسی شدند.
در این مطالعه، از فرآیند سل-ژل سیترات برای تهیه ITO خالص و دوپ شده با غلظت های مختلف CuO NPs بدون تجمع استفاده شد. نتایج حاصل از تحلیل XRD و FTIR در نمونه های ITO و ITO:Cu با PS نشان داد که نانوکامپوزیت های آماده شده با موفقیت از طریق سل-ژل و روش های پلیمریزاسیون سنتز شدند. الگوهای XRD و تصاویر HRSEM نقش مهمی در بهبود افزودن ITO:Cu NPs به کامپوزیت های PS ایفا می کنند. تحلیل حرارتی پایداری حرارتی خوب کامپوزیت های آماده شده را بدون تغییر قابل توجهی با افزایش درصد وزنی CuO نشان داد. ثابت دی الکتریک با افزایش غلظت CuO کاهش می یابد. نانوکامپوزیت های PS/ITO:Cu از خواص دی الکتریک خوب و فعالیت ضد میکروبی قابل توجهی در برابر باسیلوس مایکوئیدها، اشریشیا کلی و کاندیدا آلبیکنس در تمام غلظت های آزمایش شده با حداکثر فعالیت در 7.0 درصد وزنی CuO برخوردار هستند.
