اصلاح سطح نانوذرات اينديم قلع اكسيد براي بهبود توزيع آن در ماتريس پليمري اپوكسي- سيليكا

Surface Modification of Indium Tin Oxide Nanoparticles to Improve Its Distribution in Epoxy-Silica Polymer Matrix

در اين پژوهش، سطح نانوذرات نيمه‌رساناي اينديم قلع اكسيد (ITO) با استفاده از تركيب سيلاتي تترامتوكسي‌سيلان (TMOS) در مجاورت حلال اتانول و كاتاليزور اسيدي در شرايط معين اصلاح شيميايي شد تا ضمن بهبود برهم‌كنش نانوذرات با ماتريس پليمري توزيع نانوذرات در ماتريس پليمري بهتر انجام شود و خواص بهتري به‌دست آيد. ماتريس پليمري اپوكسي- سيليكا با استفاده از پيش‌ماده‌هاي آلي- معدني، 3-گليسيدوكسي پروپيل تري‌متوكسي‌سيلان (GPTMS) و تترامتوكسي‌سيلان تهيه شد. از اتيلن دي‌آمين (EDA) به‌عنوان عامل پخت استفاده شد. روش سل- ژل، به دليل مزاياي زياد مانند دماي فراورش بسيار كم، تهيه محصولاتي با خلوص زياد، كنترل آسان پارامترها و عدم نياز به تجهيزات گران قيمت به‌كار گرفته شد. در طيف‌سنجي زيرقرمز (FTIR) پيك‌هاي مشاهده شده مربوط به گروه‌هاي Si-O-Si و Si-OH وجود گروه‌هاي سيلاني را روي نانوذرات ITO تاييد كرد. مشاهده پيك پهن در نواحي ابتدايي آزمون پراش پرتو X مربوط به نانوذرات ITO اصلاح سطح شده ناشي از وجود گروه‌ها و زنجيرهاي مولكولي بي‌شكلي است كه در اثر اصلاح سطح نانوذرات ITO با گروه‌هاي سيلاني به‌وجود آمده است. آزمون گرما‌وزن‌سنجي نشان داد، نانوذرات ITO اصلاح سطح شده كاهش وزن بيشتري در اثر گرما نشان مي‌دهند كه به دليل وجود گروه‌هاي آلي روي نانوذرات ITO اصلاح سطح شده است. آزمون جدايش، پايداري بيشتر تعليق نمونه داراي نانوذرات ITO اصلاح شده را به دليل سازگاري و برهم‌كنش بهتر نانوذرات با ماتريس پليمري نشان داد. به كمك ميكروسكوپي الكتروني پويشي مشاهده شد، نانوذرات ITO اصلاح شده توزيع خوب و يكنواختي در ماتريس پليمري اپوكسي- سيليكا نسبت به پوشش داراي نانوذرات ITO خالص دارد.

A semiconducting nanoparticle indium tin oxide (ITO) was modified with silane groups and for this purpose trimethoxysilane (TMOS) precursor was used under specific experimental conditions for surface modification of ITO nanoparticles. It is found that the modification of ITO nanoparticles increases the interactions between the filler and the matrix and subsequently improves the distibution of indium tin oxide nanoparticles in the polymer matrix. The epoxi-silica polymer matrix was produced using trimethoxysilane and 3-glycidyloxypropyl trimethoxysilane precursors and ethylenediamine (EDA) as curing agent at low temperature by sol-gel process. The sol-gel process was very useful due to its easily controllable process, solution concentration and homogeneity without using expensive and complicated equipments in comparison with other methods. Then, Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy was employed to study the formation of Si-O-Si and Si-OH groups on ITO nanoparticles. X-Ray diffraction (XRD) technique and thermal gravimetric analysis (TGA) were employed to investigate the modification and weight loss of the modified ITO, respectively, as an indication of the presence of organic groups on these nanoparticles. The separation analyzer tests were performed to check the stability of the nanoparticles suspension and it revealed that due to better interaction of nanoparticles with the polymer matrix the stability of modified ITO suspention is higher than the unmodified sample. The morphology and particle distribution were determined by scanning electron microscopy (SEM). It was found that the distibution of modified indium tin oxide in epoxy-silica polymer matrix was improved in comparison with pure ITO.