Дослідження впливу УФ-випромінювання на нанокомпозитні плівки PVA/ZnO, виготовлені методом лиття з розчину
Анотація
Розглянуто синтез нанокомпозитних плівок, що містять карбоксиметилцелюлозу/полівініловий спирт (CMC PVA), змішаний з наночастинками оксиду цинку (ZnO NPs) простим методом лиття з розчину. Крім того, досліджено вплив наночастинок ZnO та УФ-опромінення протягом різної тривалості (20, 45, 75 годин) на морфологію (FE-SEM). Для аналізу підготовлених плівок використовуються рентгенівська дифракція (XRD), інфрачервона (FTIR) спектроскопія з перетворенням Фур’є та ультрафіолетова видима (UV-Vis) спектроскопія. Крім того, зображення скануючої електронної мікроскопії з польовою емісією (FE-SEM) показують помітну зміну в морфології нанокомпозитних плівок CMC PVA/ZnO, пов’язану зі значним впливом наночастинок ZnO та ультрафіолетового випромінювання. XRD-спектри демонструють модифікацію аморфної фази зразків у результаті УФ-опромінення. Аналіз FTIR показує, що вплив УФ-випромінювання позитивно вплинуло на структуру полімеру, про що свідчать помітні зміни в інфрачервоних піках. Крім того, результати УФ-видимої спектроскопії вказують на те, що довший час УФ-опромінення (75 годин) і додавання наночастинок ZnO призвели до покращення характеристик поглинання у створених плівках. Нанокомпозитні плівки демонстрували регульований енергетичний зазор (Eg), який змінювався між (4,52 еВ і 4,55 еВ), коли тривалість УФ-опромінення збільшувалася з (20 годин) (75 годин), що призвело до зменшення значення енергетичного зазору (Eg) до (4,50 еВ). Вважається, що це явище спричинене значним впливом УФ-випромінювання на розвиток структурних дефектів. Зрештою, на енергетичний розрив Eg нанокомпозитних плівок впливала тривалість ультрафіолетового випромінювання. Результати демонструють, що існує значний потенціал для використання нанокомпозитних плівок CMC/PVA/ZnO у різних важливих оптоелектронних застосуваннях.
Завантаження
Посилання
V.S. Sangawar, and M.C. Golchha, “Evolution of the optical properties of Polystyrene thin films filled with Zinc Oxide nanoparticles,” Int. J. Sci. Eng. Res. 4(6), 2700 (2013). https://www.ijser.org/onlineResearchPaperViewer.aspx?Evolution-of-the-optical-properties-of-Polystyrene-thin-films-filled-with-Zinc-Oxide-nanoparticles.pdf
H.G. Basavaraj, C.G. Renuka, C.A. Harihar, Y. Sangappax, B.L. Rao, and R. Madhukumar, “Physicochemical mechanical and optical properties of polymer inorganic composite thin films: Applications,” AIP Conference Proceedings, 2244, 110009 (2020). https://doi.org/10.1063/5.0009947
E.M. Abdelrazek, A.M. Abdelghany, A.E. Tarabiah, and H.M. Zidan, “AC conductivity and dielectric characteristics of PVA/PVP nanocomposite filled with MWCNTs,” Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 30, 15521–15533 (2019). https://doi.org/10.1007/s10854-019-01929-2
A.Y. Yassin, A.M. Abdelghany, and R.S. Salama, and A.E. Tarabiah, “Structural, Optical and Antibacterial Activity Studies on CMC/PVA Blend Filled with Three Different Types of Green Synthesized ZnO Nanoparticles,” Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials, 33, 1855–1867 (2023). http://dx.doi.org/10.1007/s10904-023-02622-y
Y.M. Jawad, M.F.H. Al-Kadhemy, and J.A.S. Salman, “Synthesis structural and optical properties of CMC/MgO nanocomposites,” Mater. Sci. Forum, 1039, MSF, 104–114 (2021). https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1039
H.E. Ali, A. Atta, and M.M. Senna, “Physico-Chemical Properties of Carboxymethyl Cellulose (CMC)/Nanosized Titanium Oxide (TiO2) Gamma Irradiated Composite,” Arab J. Nucl. Sci. Appl. 48(4), 44–52 (2015).
A.E. Tarabiah, H.A. Alhadlaq, Z.M. Alaizeri, A.A.A. Ahmed, G.M. Asnag, and M. Ahamed, “Enhanced structural, “optical, electrical properties and antibacterial activity of PEO/CMC doped ZnO nanorods for energy storage and food packaging applications,”. J. Polym. Res. 29(5), 1-16 (2022). https://doi.org/10.1007/s10965-022-03011-8
A. Wibowo, M.A. Marsudi, M.I. Amal, et al., “ZnO nanostructured materials for emerging solar cell applications”. RSC Adv. 10(70), 42838-42859 (2020). https://doi.org/10.1039/D0RA07689A
Y. Sun, D. Wen, and X. Bai, “Nonvolatile ternary resistive switching memory devices based on the polymer composites containing zinc oxide nanoparticles”. Phys Chem Chem Phys. 20(8), 5771-5779 (2018). https://doi.org/10.1039/C7CP07887K
A. Svobodova, D. Walterova, and J. Vostalova, “Ultraviolet light induced alteration to the skin.,” Biomed. Pap. Med. Fac. Univ. Palacky. Olomouc. Czech. Repub. 150(1), 25–38 (2006). https://doi.org/10.5507/bp.2006.003
H. Lin, J. Hong, R. Nitta, Y. Kubota, Y. Katanayagi, H. Wagata, T. Kishi, et al., “Effects of UV irradiation on the electrical and optical properties of solutionprocessed transparent ZnO films,” Appl. Surf. Sci. 289, 135–141 (2019). https://doi.org/10.1016/j.mssp.2020.105266
A.A. Al-Muntaser, R.A. Pashameah, K. Sharma, E. Alzahrani, M.O. Farea, and M.A. Morsi. “α-MoO3 nanobelts/CMC-PVA nanocomposites: hybrid materials for optoelectronic and dielectric applications,” J. Polym. Res. 29(7), 1-11 (2022). https://doi.org/10.1007/s10965-022-03134-y
M.M. Abutalib, , A. Rajeh . “Structural, thermal, optical and conductivity studies of Co/ZnO nanoparticles doped CMC polymer for solid state battery applications”. Polymer Testing.Volume 91, , 106803,2020 https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2020.106803
A.A. AlMuntaser, E. Alzahrani, H.M. Abo-Dief, A. Saeed, E.M. Alshammari, A.M. Al-Harthi, and A.E. Tarabiah, “Tuning the structural, optical, electrical, and dielectric properties of PVA/PVP/CMC ternary polymer blend using ZnO nanoparticles for nanodielectric and optoelectronic devices,” Optical Materials, 140, 13901 (2023). https://doi.org/10.1016/j.optmat.2023.113901
K.H.H. Al-Attiyah, A. Hashim, and S.F. Obaid, “Fabrication of novel (carboxy methyl cellulose–polyvinylpyrrolidone–polyvinyl alcohol)/lead oxide nanoparticles: structural and optical properties for gamma rays shielding applications,” Int. J. Plast. Technol. 23(1), 39–45 (2019). https://doi.org/10.1007/s12588-019-09228-5
A. Hashim, and A. Hadi, “Novel lead oxide polymer nanocomposites for nuclear radiation shielding applications,” Ukrainian Journal of Physics, 62(11), 978–983 (2017). https://doi.org/10.15407/ujpe62.11.0978
Tafahm Ahmed Jasim, Asrar Abdulmunem Saeed, Farah Jawad Kadhum and Mahasin F. Hadi AlKadhemy, “Effect of Gamma Irradiation on The Optical Properties of PVA / Ag Nano-composite ” GJSR Journal. Vol. 8(2), pp,2020. http://dx.doi.org/10.1088/1757-899X/928/7/072137
J.D. Patterson, and B.C. Bailey, Solid-state physics: introduction to the theory, (Springer Science & Business Media, 2007).
N.A. Darweesh, A.A. Saeed, and M.F. Al-Kadhemy, “Influence of Weathering on Physical Properties and Sun Light Transmitted through PMMA/ Safranin Films for Greenhouse Applications,” Mustansiriyah Journal of Pure and Applied Sciences, MJPAS 1(1), 40-53 (2023).
F.M. Nada, S.A. Hussain, S.K. Muhammad, and A.H.O. Alkhayatt, “Hydrothermally growth of TiO2 Nanorods, characterization and annealing temperature effect,” Kuwait Journal of Science, 48(3), 1-10 (2021). https://doi.org/10.48129/kjs.v48i3.10417
P.S. Sundaram, T. Sangeetha, S. Rajakarthihan, R. Vijayalaksmi, A. Elangovan, and G. Arivazhagan, “XRD structural studies on cobalt doped zinc oxide nanoparticles synthesized by coprecipitation method: Williamson-Hall and size-strain plot approaches,” Physica B: Condensed Matter, 595, 412342 (2020). https://doi.org/10.1016/j.physb.2020.412342
C. Hammond, The basics of cristallography and diffraction, (Oxford, 2001).
T. Ji, R. Zhang, X. Dong, D.E. Sameen, S. Ahmed, S. Li, and Y. Liu, “Effects of Ultrasonication Time on the Properties of Polyvinyl Alcohol/Sodium Carboxymethyl Cellulose/Nano-ZnO/Multilayer Graphene Nanoplatelet Composite Films,” Nanomaterials, 10(9), 1797 (2020). https://doi.org/10.3390/nano10091797
S.L. Perumal, P. Hemalatha, M. Alagara, and K. N. Pandiyaraj, “Investigation of structural, optical and photocatalytic properties of Sr doped ZnO nanoparticles,” Int. J. Phys. Sci. 4, 1-13 (2015). https://doi.org/10.23851/mjs.v34i1.1226
Y. Zahedi, B. Fathi-Achachlouei, and A.R. Yousefi, “Physical and mechanical properties of hybrid montmorillonite/zinc oxide reinforced carboxymethyl cellulose nanocomposites,” International Journal of Biological Macromolecules, 108, 863–873 (2018). https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.10.185
G.A.H.A. Jabbar, A.A. Saeed, and M.F.Hadi AL-Kadhemy, “Optical characteristics and bacterial-resistance ability of PVA/ZnO nanocomposites,” Kuwait Journal of Science, 50(3), 209-215 (2023). https://doi.org/10.1016/j.kjs.2023.03.004
Q.M. Al-Bataineh, A.A. Ahmad, A.M. Alsaad, and A.D. Telfah, “Optical characterizations of PMMA/metal oxide nanoparticles thin films: bandgap engineering using a novel derived model,” Heliyon, 7(1), e05952 (2021). https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e05952
M. Anandalli, T.M. Kanakaraj, V. Hebbar, J. Naik, and R.F. Bhajantri, “Physico-chemical properties of PMMA/ZnO nanocomposite capped with 1 chloro-9, 10-bis (phenyl ethynyl) anthracene,” in AIP Conference Proceedings, 1953(1), 30189 (2018). https://doi.org/10.1063/1.5032524
S. Maensiri, P. Laokul, and V. Promarak, “Synthesis and optical properties of nanocrystalline ZnO powders by a simple method using zinc acetate dihydrate and polyvinyl pyrrolidone,” J. Cryst. Growth, 289(1), 102-106 (2006). https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2005.10.145
S. Hashem, M. Fadhil, and K. Naji, “Study Physical Characteristics of Polyvinyl Alcohol/Carboxymethyl cellulose Blend Films,” 55(393), 298–305 (2022). https://doi.org/10.48129/kjs.20553
H. Helmiyati, Z.S.Z. Hidayat, I.F.R. Sitanggang, and D. Liftyawati, “Antimicrobial packaging of ZnO–Nps infused into CMC–PVA nanocomposite films effectively enhances the physicochemical properties,” Polymer Testing, 104, 107412 (2021). https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2021.107412
V.S. Sangawar, and M.C. Golchha, “Evolution of the optical properties of Polystyrene thin films filled with Zinc Oxide nanoparticles,” Int. J. Sci. Eng. Res. 4(6), 2700-2705 (2013). https://www.ijser.org/researchpaper/Evolution-of-the-optical-properties-of-Polystyrene-thin-films-filled-with-Zinc-Oxide-nanoparticles.pdf
I. Kim, K. Viswanathan, G. Kasi, K. Sadeghi, S. Thanakkasaranee, and J. Seo,“ Poly(Lactic Acid)/ZnO Bionanocomposite Films with Positively Charged ZnO as Potential Antimicrobial Food Packaging Materials,” Polymers, 11(9), 1427 (2019). https://doi.org/10.3390/polym11091427
Yao, Y., Sun, Z., Li, X., Tang, Z., Li, X., Morrell, J. J., Liu, Y., Li, C., & Luo, Z. (2022). Effects of Raw Material Source on the Properties of CMC Composite Films. Polymers, 14(1), 1–15. https://doi.org/10.3390/polym14010032
N.T.T. Thuy, et al., “Green synthesis of silver nanoparticles using plectranthus amboinicus leaf extract for preparation of cmc/pva nanocomposite film,” J. Renewable Mater. 9(8), 1393–1411 (2021). https://doi.org/10.32604/jrm.2021.015772
A.M. Youssef, et al., “Development and Characterization of CMC/PVA Films Loaded with ZnO-Nanoparticles for Antimicrobial Packaging Application,” Der Pharma Chemica, 9(9), 157–163 (2017).
T.S. Soliman, A.M. Rashad, I.A. Ali, S.I. Khater, and S.I. Elkalashy, “Investigation of Linear Optical Parameters and Dielectric Properties of Polyvinyl Alcohol/ZnO Nanocomposite Films,” Phys. Status Solidi Appl. Mater. Sci. 217(19), 1-8 (2020). https://doi.org/10.1002/pssa.202000321
S. Villarruel, et al., “Changes induced by UV radiation in the presence of sodium benzoate in films formulated with polyvinyl alcohol and carboxymethyl cellulose,” Mater. Sci. Eng. C, 56, 545–554 (2015). https://doi.org/10.1016/j.msec.2015.07.003
Авторське право (c) 2024 Сара А. Ібрагім, Абдерразек Уеслаті, Абдельхеді Айді
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
