نوقشت في قسم الفيزياء رسالة الماجستير للطالب محمد سامي عبد علي خضير وهي جزء من متطلبات نيل درجة دكتوراه فلسفة في علوم الفيزياء عنوان الرسالة تحضير بولي أنيلين /أنابيب الكاربون النانوية وتطبيقات أغشيته الرقيقة في الخلايا الشمسية وبأشراف أ.د. رحيم كعيد كاظم حسين أ.م.د. محمد هادي شنين عبد علي.
في هذه الدراسة تم تحضير البولي أنيلين بطريقة بلمرة الإضافة . وتم استخدام الانيلين هايدرو كلورايد مع بيرسلفت الامونيوم , حيث تم تفاعلهما معا لإنتاج البولي أنيلين . ومن ثم تم تشويب البوليمر بأنابيب الكاربون النانوية المتعددة الجدران بالنسب ( 1% , 3% , 5% ) وتحضير أغشية رقيقة منهما , على قواعد من الزجاج والسليكون عند درجة حرارة الغرفة . اطهرت نتائج حيود الأشعة السينية ان الأغشية المحضرة هي ذات تركيب عشوائي , وان التشويب لم يؤثر على تركيب البولي أنيلين كما تم تشخيص البوليمر المحضر والأغشية المحضرة منه بواسطة طيف الأشعة تحت الحمراء لمعرفة المجاميع الفعالة للاواصر الكيميائية , أظهرت نتائج التحليل أن البوليمر المحضر هو بولي أنيلين حيث تم مقارنة النتائج وكانت مطابقة للمادة الأصلية . وتبين من الفحص أيضا أن التشويب لم يؤثر على خصائص البوليمر وان المادتين كان حضورهما معا و تم فحص طبوغرافية السطح للأغشية الرقيقة باستخدام تقنية مجهر القوة الذرية ( AFM) , واطهرت النتائج أن جميع الأغشية المحضرة ذات تجانس جيد وان معدل الخشونة و قيم مربع معدل الجذر ( RMS ) ومعدل الحجم الحبيبي تزداد مع زيادة التشويب بانبيب الكاربون النانوية (MWCNTS ) .
تم دراسة الخصائص البصرية من خلال قياس طيف النفاذية كدالة للطول ألموجي في مدى الطول ألموجي ( 110 – 200 نانو متر ). أظهرت النتائج أن قيم الامتصاصية ومعامل الانكسار للأغشية النقية والمشوبة تزداد مع زيادة نسبة التشويب , وكذلك زيادة معامل الامتصاص مع زيادة نسبة التشويب وان فجوة الطاقة تقل مع زيادة نسبة التشويب مما يجعل المادة مناسبة لاستخدامها في تطبيقات الخلايا الشمسية .
بالإضافة إلى ذلك تم دراسة الخصائص الكهربائية والمتضمنة التوصيلية الكهربائية المستمرة وقياسات هول . أظهرت النتائج أن التوصيلية الكهربائية تزداد مع زيادة نسبة التشويب , وان المادة تمتلك طاقة تنشيط واحدة تقل مع زيادة نسبة التشويب , كما وأظهرت نتائج قياسات تأثير هول ان المادة هي من النوع الموجب P-type .
وكتطبيق عملي على استخدامات المادة تم تصنيع من أغشية المادة النقية والمشوبة خلية شمسية . وتم دراسة كفاءة هذه الخلية حيث أظهرت النتائج ان الكفاءة تزداد مع زيادة نسبة التشويب , وان كفاءة الخلية الشمسية ولجميع النسب تكون ثابتة ولا تتأثر بتغير العامل الزمني حيث قيست الكفاءة لثلاثة أشهر مختلفة باختلاف درجات الحرارة .
تم تحضير المفرق الهجين ( PANI:MWCNTS/Si ) بتراكيز مختلفة.أظهرت خصائص ( التيار – الجهد ) للخلية الشمسية بان التشويب بأنابيب الكاربون النانوية المتعددة الجدران يزيد من كفاءة الخلية الشمسية بواسطة عرقلة اتحاد الإلكترون مع الفجوة وزيادة أداء النبطية بسبب الزيادة العالية في تيار دائرة القصيرة ( Isc ) وفولتية الدائرة المفتوحة ( Voc) وقد وجد أن أعظم كفاءة كانت عند نسبة التشويب (% 5) وكانت قيمتها ( 5.7%) . كما وتم قياس الكفاءة مع تغير العامل الزمني لمعرفة مدى استقرارية كفاءة الخلية حيث تم قياس الكفاءة لثلاثة أشهر مختلفة ( 10 و2 و 12 ) وقد وجد أن تغير الزمني لايؤثر على كفاءة الخلية الشمسية . كما وتم استخدام شداة متغيرة حيث قيست الكفاءة وبقية المتغيرات للشداة ( W/cm2100 و50 و25 ) , وتبين أن كفاءة الخلية الشمسية تزداد مع نقصان شدة الضوء الساقط .
في هذه الدراسة تم تحضير البولي أنيلين بطريقة بلمرة الإضافة . وتم استخدام الانيلين هايدرو كلورايد مع بيرسلفت الامونيوم , حيث تم تفاعلهما معا لإنتاج البولي أنيلين . ومن ثم تم تشويب البوليمر بأنابيب الكاربون النانوية المتعددة الجدران بالنسب ( 1% , 3% , 5% ) وتحضير أغشية رقيقة منهما , على قواعد من الزجاج والسليكون عند درجة حرارة الغرفة . اطهرت نتائج حيود الأشعة السينية ان الأغشية المحضرة هي ذات تركيب عشوائي , وان التشويب لم يؤثر على تركيب البولي أنيلين كما تم تشخيص البوليمر المحضر والأغشية المحضرة منه بواسطة طيف الأشعة تحت الحمراء لمعرفة المجاميع الفعالة للاواصر الكيميائية , أظهرت نتائج التحليل أن البوليمر المحضر هو بولي أنيلين حيث تم مقارنة النتائج وكانت مطابقة للمادة الأصلية . وتبين من الفحص أيضا أن التشويب لم يؤثر على خصائص البوليمر وان المادتين كان حضورهما معا و تم فحص طبوغرافية السطح للأغشية الرقيقة باستخدام تقنية مجهر القوة الذرية ( AFM) , واطهرت النتائج أن جميع الأغشية المحضرة ذات تجانس جيد وان معدل الخشونة و قيم مربع معدل الجذر ( RMS ) ومعدل الحجم الحبيبي تزداد مع زيادة التشويب بانبيب الكاربون النانوية (MWCNTS ) .
تم دراسة الخصائص البصرية من خلال قياس طيف النفاذية كدالة للطول ألموجي في مدى الطول ألموجي ( 110 – 200 نانو متر ). أظهرت النتائج أن قيم الامتصاصية ومعامل الانكسار للأغشية النقية والمشوبة تزداد مع زيادة نسبة التشويب , وكذلك زيادة معامل الامتصاص مع زيادة نسبة التشويب وان فجوة الطاقة تقل مع زيادة نسبة التشويب مما يجعل المادة مناسبة لاستخدامها في تطبيقات الخلايا الشمسية .
بالإضافة إلى ذلك تم دراسة الخصائص الكهربائية والمتضمنة التوصيلية الكهربائية المستمرة وقياسات هول . أظهرت النتائج أن التوصيلية الكهربائية تزداد مع زيادة نسبة التشويب , وان المادة تمتلك طاقة تنشيط واحدة تقل مع زيادة نسبة التشويب , كما وأظهرت نتائج قياسات تأثير هول ان المادة هي من النوع الموجب P-type .
وكتطبيق عملي على استخدامات المادة تم تصنيع من أغشية المادة النقية والمشوبة خلية شمسية . وتم دراسة كفاءة هذه الخلية حيث أظهرت النتائج ان الكفاءة تزداد مع زيادة نسبة التشويب , وان كفاءة الخلية الشمسية ولجميع النسب تكون ثابتة ولا تتأثر بتغير العامل الزمني حيث قيست الكفاءة لثلاثة أشهر مختلفة باختلاف درجات الحرارة .
تم تحضير المفرق الهجين ( PANI:MWCNTS/Si ) بتراكيز مختلفة.أظهرت خصائص ( التيار – الجهد ) للخلية الشمسية بان التشويب بأنابيب الكاربون النانوية المتعددة الجدران يزيد من كفاءة الخلية الشمسية بواسطة عرقلة اتحاد الإلكترون مع الفجوة وزيادة أداء النبطية بسبب الزيادة العالية في تيار دائرة القصيرة ( Isc ) وفولتية الدائرة المفتوحة ( Voc) وقد وجد أن أعظم كفاءة كانت عند نسبة التشويب (% 5) وكانت قيمتها ( 5.7%) . كما وتم قياس الكفاءة مع تغير العامل الزمني لمعرفة مدى استقرارية كفاءة الخلية حيث تم قياس الكفاءة لثلاثة أشهر مختلفة ( 10 و2 و 12 ) وقد وجد أن تغير الزمني لايؤثر على كفاءة الخلية الشمسية . كما وتم استخدام شداة متغيرة حيث قيست الكفاءة وبقية المتغيرات للشداة ( W/cm2100 و50 و25 ) , وتبين أن كفاءة الخلية الشمسية تزداد مع نقصان شدة الضوء الساقط .
