ব্লগ সম্বন্ধে বহুস্তরীয় কোএক্সট্রুশন টিপিইউএসডব্লিউসিএনটি কম্পোজিট পরিবাহিতা বাড়ায়

ইলেকট্রনিক ত্বক এবং নমনীয় সেন্সরগুলির মতো নতুন ক্ষেত্রগুলিতে হালকা ওজনের, অত্যন্ত পরিবাহী পলিমার যৌগগুলির ক্রমবর্ধমান চাহিদা গবেষকদের উদ্ভাবনী সমাধানগুলি অন্বেষণ করতে চালিত করেছে। কার্বন ন্যানোটিউব (সিএনটি), তাদের ব্যতিক্রমী পরিবাহিতা, উচ্চ দিক অনুপাত এবং হালকা ওজনের বৈশিষ্ট্য সহ, পলিমার-ভিত্তিক যৌগগুলির জন্য আদর্শ ফিলার হিসাবে আবির্ভূত হয়েছে। যাইহোক, পলিমার ম্যাট্রিক্সে অভিন্ন সিএনটি বিস্তার অর্জন এবং কম পারকোলেশন থ্রেশহোল্ড বজায় রাখার চ্যালেঞ্জ একটি গুরুত্বপূর্ণ গবেষণা কেন্দ্রবিন্দু হিসাবে রয়ে গেছে।

সিএনটি-এর উল্লেখযোগ্য বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে, যার অভ্যন্তরীণ পরিবাহিতা প্রায় 10³ S/m পর্যন্ত পৌঁছায়। পরিবাহী উপকরণ তৈরি করতে পলিমার ম্যাট্রিক্সে সিএনটি অন্তর্ভুক্ত করা একটি বহুল ব্যবহৃত কৌশল হয়ে উঠেছে, যা সেন্সর এবং পরিধানযোগ্য ডিভাইস থেকে শুরু করে আকৃতি-স্মৃতি পলিমার, স্ব-নিরাময়যোগ্য উপকরণ এবং শক্তি সঞ্চয় ডিভাইস পর্যন্ত বিভিন্ন অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে বিশাল সম্ভাবনা দেখাচ্ছে।

বৈদ্যুতিক পারকোলেশন থ্রেশহোল্ড (ϕc) সমালোচনামূলক সিএনটি ঘনত্বকে উপস্থাপন করে যেখানে পরিবাহী নেটওয়ার্ক গঠনের কারণে যৌগ পরিবাহিতা দ্রুত বৃদ্ধি পায়। তাত্ত্বিক গবেষণাগুলি পরামর্শ দেয় যে সিএনটি-এর উচ্চ দিক অনুপাত অত্যন্ত কম লোডিংয়ে (°.1 wt.% এর মতো কম) ϕc অর্জন করতে সক্ষম করতে পারে। যাইহোক, থার্মোপ্লাস্টিক পলিমারের উচ্চ সান্দ্রতা, সিএনটি-এর মধ্যে শক্তিশালী ভ্যান ডের ওয়ালস শক্তি এবং সিএনটি এবং পলিমারের মধ্যে দুর্বল ইন্টারফেসিয়াল আনুগত্য সহ ব্যবহারিক চ্যালেঞ্জগুলি ন্যূনতম লোডিংয়ে আদর্শ ϕc অর্জনে বাধা দিয়েছে।

থার্মোপ্লাস্টিক ম্যাট্রিক্স যৌগগুলিতে, ϕc সাধারণত 0.2 থেকে 15 wt.% সিএনটি সামগ্রীর মধ্যে পড়ে। ϕc কমাতে সাধারণ কৌশলগুলির মধ্যে রয়েছে পৃষ্ঠের পরিবর্তন এবং বিশুদ্ধকরণের মাধ্যমে সিএনটি দ্রবণীয়তা/প্রতিক্রিয়াশীলতা বৃদ্ধি করা, সেইসাথে বিস্তার উন্নত করতে সামঞ্জস্যকারী ব্যবহার করা। প্রক্রিয়াকরণ পদ্ধতি নির্বাচনও সর্বোত্তম ফিলার বিতরণ অর্জনের জন্য গুরুত্বপূর্ণ প্রমাণ করে।

বিভিন্ন গলিত-প্রক্রিয়াকরণ কৌশল সফলভাবে সু-বিচ্ছুরিত পলিমার/সিএনটি যৌগ তৈরি করেছে, যার মধ্যে কো-ঘূর্ণায়মান টুইন-স্ক্রু এক্সট্রুডার এবং নিবিড় মিশ্রণকারী অন্তর্ভুক্ত রয়েছে। স্তরযুক্ত কাঠামো সমাবেশের মতো কম প্রচলিত পদ্ধতিগুলি নির্বাচনী ফিলার পজিশনিং এবং উন্নত বিস্তারের মাধ্যমে সুবিধা প্রদান করে।

ফোর্সড অ্যাসেম্বলি মাল্টিলেয়ার কোএক্সট্রুশন একটি অবিচ্ছিন্ন, নমনীয় গলিত-প্রক্রিয়াকরণ পথ সরবরাহ করে যা বেকার রূপান্তরের উপর ভিত্তি করে গলিত প্রবাহের পুনরাবৃত্তিমূলক প্রসারিতকরণ, কাটিং এবং স্ট্যাকিংয়ের মাধ্যমে স্তরযুক্ত কাঠামো তৈরি করে। সাধারণত, দুটি পৃথক পলিমার গলিত একটি প্রথাগত কোএক্সট্রুশন ফিডব্লকে যোগদান করে একটি প্রাথমিক দ্বি-স্তর কাঠামো তৈরি করে, তারপর স্তর-গুণক উপাদানগুলির (এলএমই) মাধ্যমে ধারাবাহিকভাবে প্রবাহিত হয় যা গলিতকে বিভক্ত করে এবং পুনরায় একত্রিত করে স্তর গণনা ধীরে ধীরে বৃদ্ধি করে।

এই পলিমার স্তর সীমাবদ্ধতা উন্নত যান্ত্রিক, গ্যাস বাধা, অপটিক্যাল, ডাইইলেকট্রিক এবং আকৃতি-স্মৃতি বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করেছে। স্তরের বেধ প্রধানত প্রতিটি উপাদানের আউটপুট এবং গঠিত স্তরের সংখ্যার উপর নির্ভর করে। গবেষণা প্রতিবেদনে মাল্টিলেয়ার কোএক্সট্রুশনের মাধ্যমে 16,384 পর্যন্ত সর্বাধিক স্তরের গণনা নির্দেশিত হয়েছে, যার স্তরের বেধ মাইক্রন থেকে ন্যানোমিটার পর্যন্ত।

গবেষণাটি ডেন্টইনক্স মিশ্রণ চ্যানেল সহ ছোট এলএমই ব্যবহার করে বেকার রূপান্তর প্রয়োগ করে একটি প্রোটোটাইপ ডিভাইস ডিজাইন ও তৈরি করেছে। এই পদ্ধতিটি গলিত এক্সট্রুশন প্রক্রিয়ার জন্য কার্যকারিতা বজায় রেখে সহজ উত্পাদন প্রয়োজনীয়তা সরবরাহ করে।

গবেষণাটি নমনীয়তা, পরিধান প্রতিরোধের এবং রাসায়নিক স্থিতিশীলতার জন্য শিল্প-গ্রেডের থার্মোপ্লাস্টিক পলিউরেথেন (টিপিইউ) নির্বাচন করেছে। উচ্চ বিশুদ্ধতা এবং অভিন্ন ব্যাস বিতরণ সহ একক-প্রাচীর কার্বন ন্যানোটিউব (এসডব্লিউসিএনটি) সর্বোত্তম বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য নিশ্চিত করেছে। পলিপ্রোপিলিন গ্লাইকোল (পিপিজি) এসডব্লিউসিএনটি প্রি-ডিসপারসেন্ট হিসাবে কাজ করেছে, যা সিএনটি বিস্তারের সুবিধার্থে ভাল সামঞ্জস্যতা এবং কম সান্দ্রতা প্রদান করে।

গবেষকরা প্রথমে অতিস্বনকরণের মাধ্যমে পিপিজি-তে এসডব্লিউসিএনটি প্রি-ডিসপার্সড করেন যাতে একটি অভিন্ন সাসপেনশন তৈরি করা যায়। এরপরে তারা 180-200°C তাপমাত্রায় 50-100 rpm স্ক্রু গতিতে টুইন-স্ক্রু এক্সট্রুশনের মাধ্যমে নির্দিষ্ট অনুপাতে টিপিইউ-এর সাথে এসডব্লিউসিএনটি/পিপিজি সাসপেনশন মিশ্রিত করে। এক্সট্রুডার আউটলেটে ইনস্টল করা স্ট্যাটিক মিশ্রণকারীরা সিএনটি বিস্তার বাড়ানোর জন্য অতিরিক্ত মিশ্রণ এবং শিয়ার সরবরাহ করে।

প্রক্রিয়াটি গলিত টিপিইউ/এসডব্লিউসিএনটি যৌগ এবং বিশুদ্ধ টিপিইউকে আলাদাভাবে মাল্টিলেয়ার কোএক্সট্রুশন সরঞ্জামে সরবরাহ করে যাতে একটি কোএক্সট্রুশন ফিডব্লক এবং একাধিক এলএমই রয়েছে। ফিডব্লকে গঠিত প্রাথমিক দ্বি-স্তর কাঠামো এলএমই-এর মাধ্যমে পুনরাবৃত্তিমূলক স্তরবিন্যাস, প্রসারিতকরণ এবং পুনর্মিলন ঘটায়, যা শেষ পর্যন্ত শত শত বা হাজার হাজার স্তর সহ কাঠামো তৈরি করে। গলিত প্রবাহের হার এবং এলএমই পরিমাণ সমন্বয় স্তরের বেধের উপর সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণ সক্ষম করে।

স্ক্যানিং ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (এসইএম) এবং ট্রান্সমিশন ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (টিইএম) স্ট্যাটিক মিশ্রণ এবং মাল্টিলেয়ার কোএক্সট্রুশনের পরে টিপিইউ ম্যাট্রিক্সে উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত এসডব্লিউসিএনটি বিস্তার প্রকাশ করেছে, যা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাসকৃত অ্যাগ্লোমারেশন দেখায়। টিইএম পর্যবেক্ষণগুলি টিপিইউ স্তরগুলির মধ্যে অভিন্ন এসডব্লিউসিএনটি বিতরণ এবং অভিযোজন নিশ্চিত করেছে।

টেনসিল পরীক্ষা দেখিয়েছে যে টিপিইউ/এসডব্লিউসিএনটি যৌগগুলি বিশুদ্ধ টিপিইউ-এর চেয়ে উচ্চতর প্রসার্য শক্তি এবং স্থিতিস্থাপক মডুলাস দেখিয়েছে, যদিও ভাঙ্গনে সামান্য হ্রাসকৃত প্রসারণ সহ। মাল্টিলেয়ার কোএক্সট্রুশন যৌগ তৈরি করেছে যার অ্যানিসোট্রপিক যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে, যা লম্ব দিকগুলির তুলনায় এক্সট্রুশন দিক বরাবর উচ্চতর প্রসার্য শক্তি দেখায়।

ফোর-পয়েন্ট প্রোব পরিমাপ 0.3 wt.% এসডব্লিউসিএনটি সামগ্রীতে একটি পরিবাহিতা থ্রেশহোল্ড প্রকাশ করেছে, যা কার্যকর পরিবাহী নেটওয়ার্ক গঠনের ইঙ্গিত দেয়। উচ্চতর এসডব্লিউসিএনটি লোডিংয়ের সাথে পরিবাহিতা বাড়তে থাকে। মাল্টিলেয়ার কোএক্সট্রুশন প্রচলিত গলিত-মিশ্রিত অংশের তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে উচ্চতর পরিবাহিতা সহ যৌগ তৈরি করেছে, যা উচ্চতর এসডব্লিউসিএনটি বিস্তার এবং সারিবদ্ধকরণের জন্য দায়ী।

গবেষণাটি দেখায় যে মাল্টিলেয়ার কোএক্সট্রুশন এসডব্লিউসিএনটি প্রি-ডিসপারশন এবং স্ট্যাটিক মিশ্রণের সাথে মিলিতভাবে টিপিইউ/এসডব্লিউসিএনটি যৌগের পরিবাহিতা কার্যকরভাবে বাড়ায়। প্রি-ডিসপারশন এসডব্লিউসিএনটি পৃষ্ঠের শক্তি এবং অ্যাগ্লোমারেশন প্রবণতা হ্রাস করে, যেখানে স্ট্যাটিক মিশ্রণ পুঙ্খানুপুঙ্খ গলিত হোমোজিনাইজেশন এবং শিয়ার সরবরাহ করে। মাল্টিলেয়ার কোএক্সট্রুশন নিয়ন্ত্রিত স্তরযুক্ত কাঠামোর মাধ্যমে এসডব্লিউসিএনটি বিতরণকে অনুকূল করে, যা কম সিএনটি সামগ্রীতে ব্যতিক্রমী পরিবাহিতা অর্জন করে।

পর্যবেক্ষিত যান্ত্রিক অ্যানিসোট্রপি টিপিইউ স্তরগুলির মধ্যে এসডব্লিউসিএনটি অভিযোজনের সাথে সম্পর্কযুক্ত। এক্সট্রুশন দিক বরাবর, প্রধানত সারিবদ্ধ এসডব্লিউসিএনটি প্রসার্য শক্তি বৃদ্ধি করে, যেখানে আরও এলোমেলো লম্ব অভিযোজন কম শক্তি দেখায়।

এই গবেষণাটি সফলভাবে উচ্চ-কার্যকারিতা টিপিইউ/এসডব্লিউসিএনটি যৌগ তৈরি করতে মাল্টিলেয়ার কোএক্সট্রুশন ব্যবহার করেছে। এসডব্লিউসিএনটি প্রি-ডিসপারশন, স্ট্যাটিক মিশ্রণ এবং মাল্টিলেয়ার কোএক্সট্রুশনের মাধ্যমে, গবেষণাটি চমৎকার এসডব্লিউসিএনটি বিস্তার এবং সারিবদ্ধকরণ অর্জন করেছে, যা কম সিএনটি সামগ্রীতে উচ্চতর পরিবাহিতা প্রদান করে এবং নমনীয়তা বজায় রাখে।

ভবিষ্যতের গবেষণা দিকনির্দেশনাগুলির মধ্যে রয়েছে:

• উন্নত যৌগ কর্মক্ষমতার জন্য মাল্টিলেয়ার কোএক্সট্রুশন পরামিতিগুলির অপ্টিমাইজেশন
• যৌগ বৈশিষ্ট্যগুলির উপর বিভিন্ন সিএনটি প্রকারের প্রভাব তদন্ত করা
• অন্যান্য পলিমার ম্যাট্রিক্স যৌগগুলিতে কৌশলটি প্রসারিত করা
• স্মার্ট উপকরণ এবং জৈব চিকিৎসা যৌগগুলিতে অ্যাপ্লিকেশন অন্বেষণ করা

মাল্টিলেয়ার কোএক্সট্রুশন উন্নত পলিমার যৌগ বিকাশের জন্য উল্লেখযোগ্য সম্ভাবনা উপস্থাপন করে, যা বিভিন্ন শিল্পের উচ্চ-কার্যকারিতা, বহু-কার্যকরী উপকরণগুলির ক্রমবর্ধমান চাহিদা মেটাতে প্রতিশ্রুতিবদ্ধ।