การเตรียมและสมบัติของพอลิอิเล็กโทรไลต์ไฮโดรเจลที่มีเส้นใยคาร์บอนเคลือบด้วยพอลิแอนิลีน

Abstract

ในการศึกษานี้ ได้ทำการเคลือบพอลิแอนีลีน (PANi) ลงบนพื้นผิวเส้นใยคาร์บอน (CF) ผ่านการสังเคราะห์ทางเคมี ประการแรกทำการปรับพื้นผิวของเส้นใยคาร์บอน ด้วยปฏิกิริยาไนเตรชันโดยใช้กรดซัลฟิวริก/กรดไนตริก คาดว่าได้เส้นใยคาร์บอนที่ประกอบไปด้วยหมู่ไนโตร ตามด้วยปฏิกิริยารีดักชันโดยใช้โซเดียมไฮโดรซัลไฟต์/แอมโมเนีย คาดว่าได้เส้นใยคาร์บอนที่ประกอบไปด้วยหมู่เอมีน จากนั้นทำการวิเคราะห์เบื้องต้นด้วยเทคนิคฟูเรียร์ทรานส์ฟอร์มอินฟาเรดสเปกโทรสโคปี (FTIR) และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) กลับพบว่าไม่มีหมู่ฟังก์ชันตามที่คาด โดยคาดว่าน่าจะมีสาเหตุจากพื้นที่ผิวของ CF ที่น้อยเกินไป จึงทำการบดเส้นใยคาร์บอนด้วยเครื่องบดแบบลูกบอล และนำมาปรับพื้นผิวด้วยปฏิกิริยาไนเตรชันและรีดักชัน จากนั้นทำการเคลือบพอลิแอนิลีนที่อัตราส่วน 1 , 2 และ 3 เท่าของน้ำหนักผงเส้นใยคาร์บอนบนหมู่อะมิโนโดยใช้ปฏิกิริยาออกซิเดชันพอลิเมอไรเซชันของแอนิลีน โดยมีแอมโมเนียมเพอร์ซัลเฟต เป็นตัวริเริ่ม ซึ่งหมู่ฟังชันก์ (CF, CF-NO2, CF-NH2 และ CF-PANi) ได้รับการยืนยันโดยการวิเคราะห์ FTIR และ SEM นอกจากนี้เมื่อตรวจสอบด้วยเครื่องเทอร์โมกราวิเมทริกอนาไลเซอร์ (TGA) หลังจากการเคลือบพอลิแอนิลีนบนผงเส้นใยคาร์บอนพบว่ามีน้ำหนักเพิ่มขึ้นถึง 40% จากนั้นนำเส้นใยคาร์บอนเคลือบพอลิแอนิลีนมาทำการศึกษาประสิทธิภาพทางไฟฟ้า โดยเทคนิคไซคลิกโวลแทม (CV) และกัลวาโนสแตติกชาร์จ/ดิสชาร์จ (GCD) พบว่าค่าการเก็บประจุ ที่อัตราส่วน 1: 1 ของเส้นใยคาร์บอนต่อพอลิแอนิลีนมีค่า 15.50 และ 63.92 ฟารัดต่อกรัม ซึ่งมีค่าสูงกว่าเส้นใยคาร์บอน (0.51 และ 5.0 ฟารัด/กรัม) โดยจากผลของการทดสอบดังกล่าวยืนยันว่าการสังเคราะห์โดยการเคลือบ PANi ลงบนพื้นผิวของผงเส้นใยคาร์บอนประสบความสำเร็จ นอกจากนี้การเตรียมไฮโดรเจลจากพอลิอิเล็กโทรไลต์เชิงซ้อนเตรียมได้จากพอลิสไตรีนซัลโฟเนต/ พอลิไดอัลลิลไดเมทิลแอมโมเนียมคลอไรด์ (PSS/PDADMAC) สามารถนำไปใช้เป็นแผ่นกั้นกลางระหว่างขั้วไฟฟ้าได้อย่างดี