تعیین آستانه گذر الکتریکی دزیمتر مبتنی بر نانوکامپوزیت پلی استایرن-اکسید گرافن به روشهای تجربی و شبیه سازی

نویسندگان

پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای

چکیده

نانوساختارهای کربنی با افزوده شدن در بستر پلیمری، ضمن ارتقای خواص الکتریکی، مکانیکی و اپتیکی نانوکامپوزیت، دارای کاربردهای فراوانی در صنعت، پزشکی و کشاورزی هستند. نویسندگان حاضر، پژوهشهای متعددی بر نوع جدیدی از دزیمترهای تابشی گاما مبتنی بر ماده نانوکامپوزیت پلیمر-نانو ساختارهای کربنی ارائه نموده‌اند. در این تحقیق، در ابتدا آستانه گذر الکتریکی نانوکامپوزیت پلی‌استایرن-اکسیدگرافن(PS/GO) در کسرهای وزنی مختلف به روش المان محدود شبیه سازی شد. سپس، در مرحله تجربی، نانوکامپوزیتهای مختلف در درصدهای وزنی مختلف شامل 0.05، 0.1، 0.5، 1، 2، 3 ، 5 و8 به روش ترکیب محلولی ساخته شد. در ادامه هدایت الکتریکی این نمونه‌ها در دمای اتاق اندازه‌گیری شد. در نهایت آستانه گذر الکتریکی نانوکامپوزیت‌های مذکور با استفاده از نتایج شبیه سازی المان محدود و تجربی با یکدیگر مقایسه شد که مقدار آن برابر2.5 درصد وزنی برآورد گردید. نتایج این پژوهش نشان داد که روش المان محدود ضمن همخوانی قابل قبول با نتایج تجربی، یک ابزار قدرتمند در تعیین خواص الکتریکی نانوکامپوزیتهای پلیمری با اهداف دزیمتری به شمار می رود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Determination of the electrical percolation threshold of Polystyrene-Graphene Oxide nanocomposite using the experiment and simulation methods

نویسندگان [English]

  • Armin Mosayebi
  • Shahryar Malekie
  • Farhood Ziaie
چکیده [English]

Carbon nanostructures via adding to a polymer matrix, while improving the electrical, mechanical and optical properties of the nanocomposites, are widely used in the industry, medicine, and agriculture. The authors presented several investigations on a new type of gamma dosimeter based on the polymer-carbon nanostructures nanocomposite. In this research, the electrical percolation threshold of the Polystyrene-Graphene Oxide nanocomposite (PS/GO) was simulated using the finite element method in different weight percentages. Then, at the experimental phase, various nanocomposites were fabricated in different weight percentages of 0.05, 0.1, 0.5, 1, 2, 3, 5 and 8 via the mixed-solution process. The electrical conductivities of the samples were measured at the room temperature. Finally, the electrical conductivities of the nanocomposites were compared using the FEM simulation and the experimental results, which were estimated as 2.5wt%. The results of this study showed that the finite element method in accordance with the experimental results is a powerful tool to determine the electrical properties of the polymer nanocomposites considering the dosimetric approaches.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanocomposite
  • Polystyrene
  • Carbon Nanostructure
  • Electrical Percolation Threshold
  • Electrical conductivity

مراجع

[1] W. S. Bao, S. A. Meguid, Z. H. Zhu, Y. Pan and G. J. Wengc. Mechanics of Materials, 46 (2012) 129-138. [2] S. Feizi, S. Malekie, R. Rahighi, A. Tayyebi and F. Ziaie. Evaluation of dosimetric characteristics of graphene oxide/PVC nanocomposite for gamma radiation applications. Radiochimica Acta, 105 (2017) 161-170. [3] S. Malekie, and F. Ziaie. Study on a novel dosimeter based on polyethylene–carbon nanotube composite. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 791 (2015) 1-5. [4] S. Malekie, and F. Ziaie. A two-dimensional simulation to predict the electrical behavior of carbon nanotube/polymer composites. Journal of Polymer Engineering, 37 (2017) 205-210. [5] S. Malekie, F. Ziaie and A. Esmaeli. Study on dosimetry characteristics of polymer–CNT nanocomposites: Effect of polymer matrix. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 816 (2016) 101-105. [6] S. Malekie, F. Ziaie, S. Feizi and A. Esmaeli. Dosimetry characteristics of HDPE-SWCNT nanocomposite for real time application. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 833 (2016) 127-133. [7] S. Malekie, F. Ziaie, and M.A. Naeini. Simulation of polycarbonate-CNT nanocomposite dosimeter based on electrical characteristics. Kerntechnik, 81 (2016) 647-650. [8] A. Mosayebi, S. Malekie, and F. Ziaie. A feasibility study of polystyrene/CNT nano-composite as a dosimeter for diagnostic and therapeutic purposes. Journal of Instrumentation, 12 (2017) P05012. [12] W.D. Callister. Fundamentals of Materials Science and Engineering. fifth ed. John Wiley & Sons Inc, The University of Utah, (2001). [13] J. Fang, W.G. Vandenberghe and M.V. Fischetti. Microscopic dielectric permittivities of graphene nanoribbons and graphene. Physical Review B, 94 (2016) 045318. [14] X. Hong, W. Yu and D. Chung. Electric permittivity of reduced graphite oxide. Carbon, 111 (2017) 182-190.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار