اين اختراع در زمينه مهندسي پليمر و مواد مي¬باشد. الكتروليت¬هاي پليمري به عنوان محيطي براي هدايت يون¬ها در باتري¬هاي ليتيم-پليمر مورد استفاده قرار مي¬گيرند كه در دستگاه¬هاي گوناگون نظير گوشي¬هاي موبايل، لپ تاپ، دوربين عكاسي و غيره كاربرد دارند. اين الكتروليت¬ها مشكلات الكتروليت¬هاي مايع نظير فراريت و آتش گيري را نداشته و در طرف مقابل مزايايي همچون انعطاف پذيري و پايداري بيشتر را دارا هستند. اما از آنجايي كه يون¬ها در نواحي آمورف پليمر حركت مي¬كنند و اكثر پليمرهايي كه معمولا در اين الكتروليت¬ها استفاده مي¬شوند داراي درصد تبلور بالايي بوده و يا دماي انتقال شيشه¬اي (Tg) بالا دارند، هدايت يوني اين سامانه¬ها به ويژه در دماي محيط محدود مي¬شود. علاوه بر اين خواص مكانيكي و پايداري حرارتي و الكتروشيميايي پايين از ديگر معايب اين سامانه¬ها است. در اين اختراع الكتروليت پليمري نانوكامپوزيتي جديد بر پايه پلي اتيلن اكسيد/نمك ليتيم پركلرات/نانوذرات گرافن اصلاح شده با پلي اتيلن گليكول ساخته شده است كه داراي هدايت يوني بالا در دماي محيط است. همچنين خواص مكانيكي و پايداري حرارتي عالي دارد. حضور نانوذرات گرافن اصلاح شده باعث كاهش نواحي بلوري، كاهش دماي Tg، تقويت خواص مكانيكي و پايداري حرارتي مناسب شده و نقش بسيار موثري در بهبود عملكرد الكتروليت پليمري ايفا كرده¬اند و بنابراين قابليت استفاده در باتري¬هاي ليتيم-پليمر را ايجاد كرده¬اند.

اين اخترا در زمينه شيمي پليمر است. امروزه بسته بندي يكي از مهمترين زمينه هاي تحقيق در صنعت مواد غذايي مي باشد. استفاده از مواد پلاستيكي با مقاومت بالا در برابر نفوذ گاز ها و حلال ها در بسته بندي مواد غذايي مزيت هاي بيشماري نسبت به فلزات و شيشه در بر خواهد داشت. ميزان عبور پذيري اكسيژن، شفافيت، خواص مكانيكي مناسب، فرآيند پذيري آسان، قابليت بازيافت و قيمت مناسب از مهمترين شاخصه هاي يك بسته بندي مناسب خصوصاً فيلم هاي بسته بندي مي باشند. در بسته بندي مواد غذايي حساس به اكسيژن، نفوذ اكسيژن به داخل بسته بندي بسيار مهم مي باشد زيرا در صورتي اكسيژن باعث تخريب ماده غذايي شود نياز به بسته بندي وجود دارد كه ميزان عبور اكسيژن را به درون بسته بندي كاهش دهد. پليمر هاي داراي خاصيت ممانعتي در برابر نفوذ اكسيژن معمولاً داراي مشكلاتي هستند كه از آن جمله مي توان به شكنندگي زياد، قيمت بسيار بالاي اين پليمر ها، مقاومت بسيار پايين در برابر نفوذ رطوبت و جذب رطوبت بالا اشاره نمود كه اين جذب بالاي رطوبت در اين پليمر ها منجر به از بين رفتن خواص ممانعتي مي شود. جهت فائق آمدن بر اين مشكل معمولاً اين پليمر ها در بسته بندي هاي چند لايه استفاده مي شوند و در بين لايه هاي مقاوم در برابر نفوذ رطوبت قرار مي گيرند. فرآيند تهيه فيلم هاي چند لايه با استفاده از روش كواكستروژن انجام مي پذيرد. در اين فرآيند حداقل نياز به دو اكسترودر مي باشد كه از سامانه هاي كمكي بسياري استفاده مي كنند در حاليكه طراحي بسيار دقيق و سخت داي نيز ضروري مي باشد. براي الحاق لايه هاي مختلف به علت تفاوت ساختار شيميايي اين لايه ها، استفاده از لايه چسبنده از ديگر ضروريات فرآيند كو اكستروژن است. اين تكنولوژي بسيار هزينه بر و پيچيده مي باشد و بازيافت محصول نهايي بدست آمده بسيار مشكل است در حاليكه شفافيت محصول نهايي را نيز از بين خواهد برد. استفاده از فرآيند آميزه سازي پليمر ها روشي براي مرتفع كردن مشكلات مطرح شده است. آميزه سازي پليمر ها روشي بسيار كم هزينه جهت استفاده از خواص دو يا چند پليمر به صورت توامان مي باشد در حاليكه بازيافت آميزه نيز به آساني صورت مي پذيرد. براي ايجاد يكپارچگي بين دو فاز استفاده شده در آميزه بايد چسبندگي بين دو فاز ايجاد شود. بهترين گزينه پيش رو استفاده از سازگار كننده است. عدم استفاده از ساز گار كننده باعث مي شود كه خواص مكانيكي آميزه نهايي ايده آل نبوده و جهت استفاده به صورت فيلم بسته بندي مناسب نباشد. استفاده از نانو ذرات صفحه اي مي تواند به عنوان روشي ديگر جهت افزايش خاصيت ممانعتي در برابر اكسيژن در فيلم هاي بسته بندي باشد. افزودن اين مواد معدني به فيلم پليمري علاوه بر كاهش عبور پذيري اكسيژن، افزايش دماي واپيچش حرارتي ، سفتي، استحكام و مقاومت حرارتي و همچنين تاخير اندازي شعله را در پي خواهد داشت. هدف اصلي اين اختراع تهيه فيلم هاي با خاصيت ممانعتي بالا در برابر نفوذ گاز ها بر پايه پلي الفين/ پليمر فعال داراي خاصيت ممانعتي بالا/سازگاركننده/ نانو ذره صفحه اي مي باشد. از پلي اولفين به عنوان ماتريس فيلم هاي نهايي استفاده شده است. همانگونه كه مي دانيم اكثر بسته بندي هاي پليمري بر پايه پلي اولفين ها مي باشد. نكته قابل توجه ديگر اينكه اين گروه از پليمر ها داراي خواص بسيار مناسبي هستند كه از آن‌جمله مي‌توان به مقاومت الكتريكي مناسب، نرمي در دماي پايين، قيمت مناسب، فرآيندپذيري آسان و مهمتر از همه مقاومت بالا در برابر نفوذ رطوبت اشاره نمود. اكثر پليمر هاي داراي خاصيت ممانعتي بالا حساس به رطوبت هستند و با جذب رطوبت خواص آن ها ضعيف مي‌شود به همين سبب استفاده از پلي اولفين ها به عنوان ماتريس انتخابي درست مي‌باشد. براي تهيه آلياژ نانوكامپوزيتي پلي‌اولفين/ پليمر فعال داراي خاصيت ممانعتي بالا / نانو ماده صفحه اي/ سازگاركننده از روش اكستروژن استفاده شده است. اين فرآيند در اكسترودر دو مارپيچ همسو گرد صورت گرفته است. درنهايت پس از تهيه خوراك نهايي براي هر نمونه، با استفاده از فرآيند فيلم دمشي در دستگاه اكسترودر تك مارپيچه فيلم‌هاي نهايي تهيه گرديدند.

در سال‌هاي اخير، تحقيقات بر روي مواد هوشمند به خصوص پليمرهاي حافظه شكلي به دليل كاربرد هاي خاص آنها در صنايع پيشرفته پزشكي، نظامي و... به شدت افزايش يافته است. از سويي ديگر محصولات پايه زيستي به دليل ايجاد راهكارهايي براي توسعه پايدار، كاهش استفاده از منابع فسيلي و همچنين رفع نگراني‌هاي زيست محيطي بسيار مورد توجه قرار گرفته اند. اما در بسياري از كاربردها متاسفانه پليمرهاي زيستي به دليل پايين بودن برخي خواص مكانيكي توانايي رقابت با گرمانرم‌هاي مصنوعي را ندارند. پليمرهاي داراي حافظه شكلي اين ويژگي رادارند تا در هنگام تغيير شكل با به حافظه سپردن شكل اوليه خود توسط محرك‌هاي بيروني شكل اصلي خود را بازيابي كنند. قابليت تغيير شكل و به حافظه سپردن شكل‌هاي دائمي و موقت آن‌ها را در زمره مواد بسيار هوشمند جهت كاربردهاي پيشرفته نظامي، مهندسي و پزشكي قرار داده است. معمول‌ترين محرك بيروني كه در پليمرهاي داراي حافظه شكلي بكار مي‌رود گرما است به‌نحوي‌كه پليمر به‌گونه‌اي طراحي مي‌شود كه مي‌تواند در دماهاي متفاوت شكل‌هاي متفاوتي داشته باشد. اگرچه پليمرهاي داراي حافظه شكلي در بسياري از جهات نسبت به آلياژها و سراميك‌هاي داراي حافظه شكلي برتري دارند اما پايين بودن استحكام و سفتي اين مواد ازجمله محدوديت‌هاي آن‌هاست. براي رفع اين مشكل تحقيقات بسياري در استفاده از پركننده‌هاي معدني با مدول بالا به‌ويژه پركننده‌هايي با ابعاد نانو انجام گرفته است. امروزه استفاده از نانوذرات كربني در پليمرها اهميت ويژه‌اي پيدا كرده است چرا كه علاوه بر افزايش بسياري از خواص مكانيكي و بلورينگي، سبب ايجاد خواص خاصي همچون هدايت الكتريكي و حرارتي مي‌گردد. از ميان نانوذرات كربني، گرافن به عنوان نازك‌ترين ماده در دنيا قابليت‌هاي كاربردي فراواني داشته و خواص فوق العاده از جمله مساحت سطح و نسبت منظر بالا، استحكام كششي، هدايت الكتريكي- حرارتي بالا، انعطاف پذيري، شفافيت خوب و ضريب انبساط حرارتي پايين مورد توجه قرار گرفته است. چنين خواص ذاتي در گرافن، توجه زيادي براي عملكرد آن بر روي هزاران محصول را به خود جلب كرده است. افزون بر اين، نشان داده شده است كه صفحات گرافني تهيه شده داراي قابليت زيست‌سازگاري نيز هستند كه چنين خاصيت جالب توجهي مي‌تواند كاربردهاي بسيار نويني براي آن ايجاد كند. لذا با توجه به خواص فوق العاده گرافن، اين نانوپركننده جهت افزايش خواص ماتريس پليمري انتخاب شد. موضوع اين اختراع تهيه نانوكامپوزيت‌هاي بر پايه پليمرهاي زيستي/گرافن است كه داراي خاصيت حافظه شكلي با برنامه ريزي چندگانه بوده و قابليت كاربردهاي زيستي را نيز دارا مي‌باشد. به منظور ارتقاء رفتار حافظه شكلي سه‌گانه و اصلاح رفتار بلورينگي از نانوصفحات گرافن استفاده شد. بررسي خواص ترمو- مكانيكي آميزه‌هاي پليمري تهيه شده، رفتار حافظه شكلي سه‌گانه، تأثير نانوذرات بر رفتار حافظه شكلي و بررسي تركيب درصد اجزاء در آميزه بر رفتار حافظه شكلي پرداخته شد. در ابتدا به منظور تهيه آميزه‌ها و نانوكامپوزيت‌هاي حاوي گرافن، نمونه‌ها به روش محلولي تهيه شدند. تيونيل كلرايد به عنوان يك ماده سطح فعال براي اصلاح سطحي نانوصفحات گرافن بكار گرفته شد و در ادامه واكنش‌هاي اكسايش و آسيل‌دار كردن براي اصلاح بر روي نانوصفحات گرافن انجام شد. نتايج بررسي‌هاي FTIR، Raman،، STEM و XRD نشان داد واكنش‌هاي اصلاح منجر به پخش و توزيع بهتر نانوصفحات شده است. نتايج DSC نشان داد نانوصفحات گرافن به عنوان عامل هسته زا عمل كرده و سبب ارتقاي بلورينگي نانوكامپوزيت‌ها شده است. پيك‌هاي حاصل از آزمون XRD نشان داد كه شدت پيك‌ها به دليل ارتقاي بلورينگي در حضور گرافن افزايش يافته است. همچنين ميزان توزيع و پراكنش نانوصفحات گرافن توسط آزمون‌هاي ميكروسكوپي بررسي شد و مشاهده شد كه استفاده از گرافن اصلاح‌شده سبب بهبود پراكنش نانوصفحات در بستر ماتريس پليمري شده است. القاي حافظه شكلي سه‌گانه جهت فعالسازي حرارتي از طريق كشش در دماهاي ذوب فاز PLA و PCL به عنوان دماهاي انتقال توسط دستگاه DMA انجام پذيرفت و رفتار حافظه شكلي سه‌گانه در تمامي آميزه‌ها مشاهده گرديد. نتايج نشان داد كه تثبيت شكل موقت تا 85 درصد و بازگشت‌پذيري شكلي تا 90 درصد در نمونه‌هاي نانوكامپوزيتي شده است. بهترين رفتار حافظه شكلي در تركيب درصد 50/50 مشاهد شد.

اين اختراع در زمينه فناوري ساخت باتري هاي قابل شارژ نسل جديد مي باشد. باتري¬هاي ليتيم-يون كه از الكتروليت مايع بهره مي¬برند مشكلاتي مانند فراريت، نشتي، خطر آتش گيري و غيره دارند. در سال¬هاي اخير، باتري¬هاي تمام جامد به دليل ايمني بالاتر، چگالي انرژي مناسب و قابليت انطباق در اشكال بسته بندي متنوع توجه بسيار زيادي را به خود جلب كرده¬اند. همچنين تقاضا براي تكنولوژي¬ دستگاه¬هاي الكترونيكي انعطاف پذير كه در حالت خم شده نيز قابليت كاربري دارند در حال افزايش است. در اين ثبت اختراع به منظور توسعه يك باتري ليتيم-پليمر تمام جامد با كارايي مناسب، از يك الكتروليت پليمري جامد نانوكامپوزيتي بر پايه ماتريس پلي اتيلن اكسيد/ نانوذرات گرافن اصلاح شده با پلي اتيلن گليكول استفاده شده است. هدايت يوني نمونه حاوي wt.% 1 از گرافن اصلاح شده S/cm 5-10×56/8 به دست آمد كه بيشتر از يك مرتبه دهدهي از هدايت يوني الكتروليت خالص بالاتر است. به همين دليل اين نمونه به عنوان نمونه بهينه انتخاب شده و در ساخت باتري هاي ليتيم-پليمر تمام جامد كيسه¬اي مورد استفاده قرار گرفت. ظرفيت ويژه اين باتري mAh/cm2 126/0 به دست آمد كه تقريبا سه برابر باتري ساخته شده با الكتروليت پليمري خالص است. چگالي انرژي و توان آن نيز بالاتر است. همچنين بررسي 100 چرخه شارژ و تخليه اين باتري¬ها نشان داد كه باتري ساخته شده با الكتروليت پليمري نانوكامپوزيتي داراي درصد ماندگاري ظرفيت بيشتر و بازدهي كلمبيك بالاتر است.¬ اين باتري¬ها به راحتي يك چراغ LED را روشن مي¬كنند.

در بسياري از كاربردهاي قطعات الكترونيكي نياز به موادي وجود دارد كه مانند يك سوپاپ اطمينان عمل كرده و نسبت به افزايش دماي بيش از حد عكس العمل نشان دهند تا از آسيب هاي بعدي جلوگيري شود. تركيبات PTC با پركننده هاي كربني نظير دوده رسانا و نانولوله هاي‌كربني در سال¬هاي اخير معرفي شده اند. اين تركيبات در گذشته با يك نوع پركننده كربني كه اغلب دوده رسانا مي باشد، تهيه شده اند. در مطالعات گذشته معمولا درصد بالايي از دوده استفاده مي شود كه موجب كاهش فرايند پذيري مي شود. از طرف ديگر براي تهيه اين مواد معمولا از روش محلولي استفاده شده است كه علاوه بر مشكلات زيست محيطي و هزينه بالا، به سختي امكان صنعتي شدن دارد. تركيبات PTC با پركننده دوده رسانا به تنهايي، در چرخه هاي گرمايش مختلف، مقاومت الكتريكي متفاوتي نشان مي دهند به طوري كه نمودارهاي مقاومت الكتريكي-دما در آنها منطبق نبوده و و تكرارپذيري پاييني دارند. در اين اختراع تهيه ي يك نانوكامپوزيت هيبريدي با خاصيت PTC با استفاده از دو نوع پركننده دوده رسانا و درصد بسيار پايين نانوصفحات گرافن با روش مذاب كه يك روش ارزان و صنعتي مي باشد، انجام گرفته است كه مي تواند توليد اين مواد را براي كاربرد در ترميستور ها، بخاري هاي خودخاموش شونده و حسگر ها تسهيل كند

‏نانوكامپوزيت بر پايه HDPE/PS ‏جهت استفاده در مصارف صنعتي و كشاورزي با تركيب درصدهاي مختلف از آلياژ دو پليمر HDPE ‏و PS ‏استفاده مي شود. بطوري كه در فرمولاسيون آن ماده زمينه را HDPE ‏در بر گرفته و مواد ديگر نسبت به PS ‏اضافه مي گردند. در اين اختراع بدليل اينكه پليمر PS ‏ماهيتي قطبي داشته با HDPE ‏كه پلي اتيلن كم چگال بوده غير قطبي است هيچگونه سازگاري ندارد در اين اختراع از يك نوع ماده ديگر سازگاركننده استفاده شد كه باعث شد خواص آلياژ را بالا برد. با استفاده از آزمون هاي مكانيكي از قبيل آزمون هاي كششي و ضربه و آزمون هاي حرارتي مانند آناليز FTIR ‏و TGA ‏و آزمون هاي مورفولوژيكي مثل XRD ‏و SEM ‏و TEM ‏خواص آلياژ مربوطه مورد بررسي قرار گرفت . نتايج بدست آمده نشان داد كه كليه خواص مربوطه نسبت به HDPE ‏خالص و آلياژ با افزودن SEBS ‏بهبود يافته است.مزيت اين اختراع در صنعت، توليد لوله هاي پليمري تحت فشار و فاضلابي كه تلفيقي از دو ماده پليمري است. هم چنين در توليد پروفيل هاي مختلف در و پنجره كه امروزه صنعت نوپايي بوده با خواص بسيار بهتري از HDPE ‏خالص و از همه مهمتر در صنعت بسته بندي غذايي و دارويي كه اين آلياژ خواص خوبي را نشان مي دهد.

در اين اختراع به منظور بهبود قابليت ترموفرم پذيري PP روش هسته گذاري پيشنهاد و بررسي شده است. پلي پروپيلن هسته گذاري شده(Nucleated PP) حاوي مقادير مختلف از ماده هسته گذار Q-dye تهيه شده و بر روي اين نمونه ها آزمونهاي DSC و شكم دادن (Sagging) انجام شد. ترموگرام هاي Dsc نشان دادند كه در نمونه هاي تهيه شده دو ساختار بلوري a و B وجود دارد. ورقه PP كه در ساختار بلوري اش مقداري ساختار B وجود دارد را مي توان در دمايي بين نقاط ذوب اين دو ساختار بلوري ترموفرم كرد. در اين دما ساختار B ذوب شده باعث نرم شدن پليمر به منظور شكل دهي شده و ساختار a ذوب نشده مقاومت ورقه را در برابر شكم دادن نازكي و پاره شدن تأمين مي نمايد. بعلاوه افزودن اين ماده هسته گذار موجب بالا رفتن دماي بلور شدن و سرعت آن مي گردد كه اين مسئله مي تواند زمان فرايند ترموفرمينگ را كاهش دهد. از طرفي افزايش ميزان بلورينگي در نمونه هاي pp شكم دادن اين نمونه ها را تاييد نمود.