Investigation of electrical conductivity of nanofibers (PAN) containing nanoparticles (graphene, copper, silica) produced by electrospinning method

Bu çalışmada, elektrospin ile üretilen nano partikül (grafen, bakır, silika)'lü poliakrilonitril (PAN) nanofiberlerin elektriksel iletkenliği, elektrospin işlemi sırasında uygulanan farklı katkı oranlarındaki nanopartiküllerin ve voltajın bir fonksiyonu olarak araştırılmıştır. Farklı içeriklerdeki bakır, grafen ve silika nano partikül (% ağırlıkça 1, 3 ve 5)'lü, PAN ve dimetilformamidden oluşan elektrospin solüsyonlarına ayrı ayrı ilave edilmiştir. Buna ilave olarak, elde edilen çözeltilerin dinamik viskozitesi sırasıyla analiz edilmiştir ve üretilmiş nanofiber çapı ve elektrik iletkenliği üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Daha sonra, en yüksek elektrik iletkenlik değerlerinde olan numunelerin, özellikle morfoloji, kristal yapı ve hidrofobik/hidrofilik üretilmiş nanopartiküllü nanofiberlerin özellikleri araştırılmıştır. Sonuçlar birlikte değerlendirildiğinde, düşük miktarlı nanopartikül içeren nanofiberlerdeki bulgular daha yüksek elektriksel iletkenliklere neden olduğu tespit edilmiştir. Tüm sonuçlar birbiriyle karşılaştırıldığında, en yüksek elektriksel iletkenlik değerleri ağırlıkça oranı % 1 olan bakır esaslı nanofiberin elektriksel iletkenlik değerleri 15 kV'da üretilen nanofiber için 1,38x10-2 S/cm, 20 kV'da üretilen nanofiber için 2,83x10-2 S/cm olarak bulunmuştur. Diğer bir deyişle, ağırlıkça % 1 bakır nanopartikülli nanofiberin 15 kV'da üretilen nanofiberin elektriksel iletkenliği % 137.52, 20 kV'da üretilen nanofiberin elektriksel iletkenliği % 1636.19 olarak yükseldiği tespit edilmiştir.

In this study, the electrical conductivity of electrospun polyacrylonitrile (PAN) nanofibers containing nanoparticles (graphene, copper, silica) has been investigated as a function of the incorporated nanoparticles content and the applied voltage during the electrospinning process. Different copper, graphene and silica nanoparticles contents (1, 3 and 5 wt. %) were added separately in the electrospinning solutions consisted of PAN and dimethylformamide. In addition, the dynamic viscosity of the obtained solutions was respectively analyzed and its effects on the diameter and electrical conductivity of the asspun fibers were investigated. Afterwards, further investigations were conducted on the samples that exhibited the highest electrical conductivity values, notably: morphology, crystalline structure, hydrophobicity of the as-spun nanofibers. Taken together, the findings suggested that fibers with low content of nanoparticles led to higher electrical conductivities. When all the results were compared to each other, the highest electrical conductivity values were obtained with 1 wt. % of copper-based fibers and the electrical conductivity values were 1.38x10-2 S/cm and 2.83x10-2 S/cm for nanofibers produced at 15 kV and 20 kV, respectively. In other words, compared to pure PAN nanofıbers, an increase of % 137.52 and % 1636.19 was observed in the electrical conductivity of fibers containing 1 wt. % of copper nanoparticles fabricated at 15 kV and 20 kV, respectively.