سنتز ميكروسيالي و پيوسته ي نانوذرات پلي پيرول در اين كار انجام شده است. توانايي تركيب دما و يا فشارهاي بالا و زمان هاي واكنش كوتاه، سنتز ميكرو واكنشي پليمرها را به طور خاص جالب توجه نموده است. به علاوه، كارايي پليمريزاسيون ميكروسيالي در حالت پيوسته، امكان مطالعات سينتيك پليمريزاسيون و به طور كلي كشف مسيرهاي پليمريزاسيون جديد را فراهم نموده است كه مطالعه ي آن ها در رآكتورهاي معمولي بسيار دشوار است. چالش اصلي در پليمريزاسيون پيوسته ي تك فازي، افزايش تدريجي گرانروي محلول جاري در ميكروكانال، ناشي از تشكيل پليمر است كه هيدروديناميك سيستم را تغيير مي دهد. نهايتا اين امر منجر به مسدود شدن كانال مي گردد. در اين كار براي غلبه بر اين مشكل از سيستم پليمريزاسيون چندفازي و به عبارت ديگر پليمريزاسيون داخل قطره هاي ميكرومتري استفاده شده است. نانوذرات پلي پيرول به دست آمده با نانوذرات سنتز شده به روش معمول و خارج از ميكروكانال مقايسه شده و بهبود خواص الكتروشيميايي در آن ها مشاهده شده است. همچنين اين روش يك روش پيوسته بوده و امكان سنتز نانوذرات پلي پيرول را به صورت پيوسته در زمان بسيار كوتاه (چند دقيقه در مقايسه با چندين ساعت) فراهم مي نمايد.

در اين اختراع روشي جديد براي توليد و لايه نشاني در فاز گازي نانوذرات سيليكا در دماي پايين به نتيجه رسيده كه مي تواند دماي اين فرايند را كه در حال حاضر 650 درجه سانتيگراد مي باشد تا دماي محيط كاهش دهد

سطوح فوق آبگريز پليمري با استفاده از پوشش دهي ساده طي 2 مرحله با زاويه تماس آب 176 درجه بدست آمده است.

توسعه ي روزافزون دستگاه هاي اپتوالكترونيكي انعطاف پذير مانند سلول‌هاي خورشيدي، صفحات نمايش لمسي و ديگر دستگاه هاي مشابه نياز به فيلم هاي پليمري منعطف با پوشش هاي شفاف و رساناي جريان الكتريكي را به يك ضرورت تبديل كرده است. در حال حاضر ماده متداول براي استفاده در اين دستگاه ها اكسيد قلع اينديوم (ITO) مي باشد كه يك به عنوان يك پوشش شفاف و رسانا به كار گرفته مي شود. از آنجايي كه اين ماده نسبتا گران‌قيمت است ومنابع آن نيز نادر مي باشد، به‌كارگيري آن در حجم هاي وسيع مانند سلول هاي خورشيدي مقرون به‌صرفه نيست. به علاوه شكنندگي ذاتي پوشش‌هاي ITO يك محدوديت اساسي آنها براي استفاده در كاربردهاي الكترونيكي نيازمند انعطاف پذيري محسوب مي شود؛ لذا محققان در جستجوي جايگزيني براي اين ماده هستند. بدين منظور مواد مختلفي همچون نانولوله هاي كربن، گرافن و پليمرهاي ذاتاً رسانا در دست بررسي مي باشند. تاكنون استفاده از نانولوله هاي كربن و يا گرافن به علت مشكلاتي مانند هدايت الكتريكي پايين و شفافيت نامطلوب چندان موفقيت آميز نبوده است. بنابراين پليمرهاي ذاتاً رسانا با توجه به خواص الكتريكي و نوري خود، به عنوان جايگزين ITO اهميت ويژه اي يافته اند. اين پليمرها زماني كه به صورت نانوذرات باشند، شفافيت مطلوبي را به فيلم هاي مدنظر مي بخشند. اما در مسير لايه نشاني آنها بر روي سطح زيرلايه هاي مختلف از جمله فيلم هاي پليمري منعطف مانند پلي اتيلن نفتالات (PEN)، مشكلاتي مانند چسبندگي ضعيف بين پليمرهاي رسانا و سطح زيرلايه و همچنين عدم انحلال اين پليمرها در اغلب حلال ها موجب پيدايش محدوديت هاي اساسي شده است. با توجه به اين مشكلات در اين اختراع تلاش شده است كه نانوذرات پلي پيرول (به عنوان پليمر ذاتاً رسانا) بر روي سطح فيلم هاي منعطف پلي اتيلن نفتالات به صورت يكنواخت پوشش دهي شوند و بدين طريق يك فيلم رسانا، شفاف و منعطف ساخته شود. بدين منظور نخست سطح فيلم هاي منعطف PEN با استفاده از يك محلول ساده به نام پيرانا (تركيب اسيد سولفوريك و هيدروژن پراكسيد) آبدوست و اصلاح شده تا مشكل چسبندگي ضعيف آن با نانوذرات پليمر رسانا حل شود. سپس با استفاده از سنتز فوتوشيميايي، سنتز و لايه نشاني نانوذرات پلي پيرول بر روي سطح فيلم PEN اصلاح شده به صورت درجا (همزمان) طي زماني كوتاه و با هزينه ي نسبتاً پايين انجام شده است.

در اين اختراع ، ساخت و ارزيابي غشاهاي فوق آب¬گريز پلي¬پروپيلني به منظور افزايش عملكرد تماس-دهنده¬هاي غشايي، توسط سنتز نانو ذرات سيليكاي اصلاح شده با عامل فلور¬دار بر روي سطح غشا انجام شد. به منظور بهبود پيوند زني شيميايي تركيبات فلور¬دار و آماده سازي غشاهاي ساخته شده، از محلول پيرانا براي اكسيد كردن سطح استفاده شد. سنتز نانو ذرات سيليكاي اصلاح شده با عامل فلوردار با تركيب ¬درصدهاي مختلف از عامل پرفلوره به روش سل- ژل تحت بخار آمونياك بر روي غشا انجام شد. بيشترين زاويه تماس بدست آمده براي غشاهاي ساخته شده¬ 168 درجه بود كه با تركيب 50 درصد پرفلور¬اكتيل-تري¬اتوكسي¬سيلان نسبت به تترا اتيل اورتوسيليكات بدست آمد. به منظور ارزيابي قابليت آب¬گريزي غشا ساخته شده، از دو محلول¬ آبي مونو اتانول آمين و دي اتانول آمين به عنوان جاذب¬هاي شيميايي و آب به عنوان جاذب فيزيكي استفاده شد. افزايش وزن غشاهاي غوطه ور شده در جاذب¬هاي آب، مونو اتانول آمين و دي اتانول آمين نسبت به نمونه¬هاي خام به ترتيب به مقدار 4 برابر، 2.5 برابر و 2 برابر كاهش يافته است. تغيير زاويه تماس در نمونه¬هاي پوشش داده شده بطور چشمگيري كمتر از نمونه¬هاي بدون پوشش بود كه نشان دهنده بهبود خاصيت آب¬گريزي غشاهاي ساخته شده است.

بطور كلي مي‌توان گفت طرح پيش رو از و بخش عمده تشكيل شده است كه عبارتند از: سنتز نانوذرات سيليكاي اصلاح شده و همچنين استفاده از آنها در ساخت غشاي نانوكامپوزيتي با حداقل گرفتگي در فرايند تصفيه آب. خود نانوذرات سنتز شده بطور مستقل با توجه به ماهيت چسبندگي بسيار پايين نسبت به پروتئين‌ها، از قابليت ويژه‌اي در صنايع پزشكي براي ساخت پليمرهاي خون سازگار برخوردار مي¬باشند. يكي از مهم‌ترين مشكلات استفاده از مواد پليمري در صنايع پزشكي مرتبط با خون از جمله تصفيه و انتقال فرآورده‌هاي خوني، تشكيل لخته خون بر روي سطح اين مواد به‌واسطه چسبندگي خون به سطح پليمر است كه در مواردي چون فرايند دياليز و يا اكسيژن دهي خون موجب گرفتگي غشاها مي¬شود. ايجاد لخته با جذب پروتئين‌هاي پلاسما و چسبيدن پلاكت‌هاي خوني بر روي اين مواد شروع مي‌شود. اصلاح مطلوب مواد پليمري در دسترس كه نقش اساسي به عنوان ماده اوليه براي ساخت انواع تجهيزات پزشكي را دارند، مي‌تواند براي بهبود خواص سازگاري بيولوژيكي اين مواد سودمند باشد. ساخت نانوكامپوزيتهاي پليمري با استفاده از نانوذرات سنتز شده در اين طرح يكي از روش‌هاي اصلاح پليمرهاي مورد استفاده در صنايع پزشكي براي جلوگيري از چسبندگي پروتئين‌ها و پلاكت‌هاي خوني مي¬باشد. زمينه ديگر استفاده از اين نانوذرات، ساخت غشاهاي نانوكامپوزيتي مورد استفاده براي فرايند تصفيه آب و پساب است كه به عنوان بخش بعدي در اين اختراع به انجام رسيده است. مهم‌ترين معضل استفاده از غشاهاي پليمري در فرايند تصفيه آب، گرفتگي و كاهش طول عمر مفيد آنها به واسطه چسبندگي پروتئين‌ها و آلاينده‌هاي موجود در آب مي‌باشد. در اين بين استفاده از پليمرهاي آبدوست نظير سلولز استات و پلي سولفون براي ساخت غشا هرچند مي‌تواند مشكل گرفتگي غشا را حل كند اما مستلزم صرف هزينه بسيار بالايي براي خريد مواد اوليه مي‌باشد چون تمامي مواد اوليه اين نوع پليمرها به صورت وارداتي هستند. در انجام اين طرح مهم‌ترين نكته استفاده از پليمرهاي توليد داخل كشور براي ساخت غشاهايي با توانايي قابل مقايسه با پليمرهاي وارداتي مي‌باشد. در همين راستا از پلي‌اتيلن توليد داخل كشور به عنوان ماده اصلي ساخت غشاي ريز متخلخل براي فرايند تصفيه آب استفاده شد. آزمون‌هاي انجام گرفته نشان‌دهنده بهبود قابل توجه در خواص غشاي پلي‌اتيلن بعد از پخش نانوذرات سيليكاي پيوند زني شده با پلي‌اتيلن گليكول مي‌باشد. ساخت موفقيت‌آميز غشاي نانوكامپوزيتي با قابليت حداقل گرفتگي و همچنين گذردهي بالا در فرايند تصفيه آب، امكان توليد آب با كيفيت مطلوب از آب‌هاي هدر رفت نظير آب‌هاي سطحي و رودخانه‌اي و همچنين فاضلاب و پساب‌هاي شهري و صنعتي را ممكن مي‌سازد.

نانوكامپوزيتهاي پليمري نسل جديدي از مواد هستند كه شامل يك ماتريس پليمري و كمتر از 10 درصد وزني از ذرات نانومتري مي باشند. ذرات نانومتري يا نانوذرات به علت داشتن ابعاد بسيار كوچك و ميزان سطح بسيار بالا، در سطح بارگذاري loading)) كمتري باعث بهبود خواص مورد نظر در پليمر مي گردد. با توجه به نوع نانوذرات و نوع گروههاي عاملي قرار گرفته بر روي آنها مي توان ويژگيهاي متفاوتي از نانوذرات درون شبكه پليمري انتظار داشت. با توجه به اهميت نانوذرات در اصلاح خواص پليمرها و ساخت نانوكامپوزيتهاي پليمري با خواص ويژه، هدف از اختراع پيش رو سنتز نانوذرات سيليكاي پيوند زني شده بصورت همزمان با دو گروه عاملي متفاوت شامل پلي اتيلن گليكول و وينيل سيلان و همچنين استفاده از اين نانوذرات براي ساخت نانوكامپوزيت پلي اتيلني با خواص بهبود يافته مي باشد. مهمترين مشكل توسعه كاربرد پلي اتيلن به عنوان محصول عمده توليدي در كارخانجات پتروشيمي كشور، آبگريزي شديد و عدم سازگاري اين نوع پليمر با بسياري از پليمرهاي آبدوست مي باشد كه باعث محدود شدن كاربرد آن شده است. در همين راست در اختراع پيش رو با توجه به قابليت فناوري نانو در بهبود خواص پليمرها با ساخت انواع نانوكامپوزيتهاي پليمري، از فناوري نانوتكنولوژي جهت غلبه بر محدوديتهاي پلي اتيلن استفاده شد. در واقع براي افزايش كارايي پلي اتيلن با بهبود خواص آبدوستي آن، از نانوذرات سيليكاي آب دوست شده با پلي اتيلن گليكول مورد استفاده قرار گرفت. در اين بين مشكل اصلي ديگر در زمينه ساخت نانوكامپوزيت پلي اتيلني كه محققان اين طرح با آن روبرو شدند، عدم دستيابي به نانوكامپوزيت با پخش همگن نانوذرات در شبكه پلي اتيلن بود. در نتيجه بعد از مطالعات گسترده، براي غلبه بر اين مشكل تصميم به استفاده از اتصال دهنده هاي سيلاني گرفته شد. در نهايت براي اولين بار نانوذرات سيليكاي پيوند زني شده با دو گروه عاملي مختلف (بصورت همزمان) كه هر كدام وظيفه مشخص و منحصر به فردي دارند، با موفقيت سنتز شد. در واقع جزء اول كه پلي اتيلن گليكول انتخاب شد، وظيفه افزايش آبدوستي نانوذرات و عدم تمايل به چسبندگي آن به پروتئينها و آلاينده ها را داشته و جزء دوم نيز گروه وينيل سيلان بود كه به واسطه برهمكنش بالا با پلي اتيلن و توانايي برقراري پيوند شيميايي با اين پليمر، وظيفه افزايش پخش پذيري نانوذرات در داخل شبكه پلي اتيلن را بر عهده داشت. نتايج حاصل از تصاوير FE-SEM و TEM نشاندهنده كاهش چشمگير در ابعاد نانوذرات (كمتر از 10 نانومتر) بعد از اصلاح بود. تست FTIR حضور همزمان گروه هاي عاملي پلي اتيلن گليكول و وينيل سيلان بر روي نانوذرات سنتز شده را به اثبات رساند. در ادامه پخش پذيري نانوذرات سنتز شده درون شبكه پلي اتيلن مورد بررسي قرار گرفت. نتايج بدست آمده از تصاوير BSE از نانوكامپوزيت هاي پلي اتيلني ساخته شده، نمايانگر افزايش چشمگير در قابليت پخش پذيري نانوذرات حاوي وينيل سيلان درون شبكه پلي اتيلني بود. براي بررسي تاثير همزمان حضور گروههاي پلي اتيلن گليكول و وينيل سيلان بر روي عملكرد نانوكامپوزيتهاي پلي اتيلني ساخته شده، از نمونه هاي نانوكامپوزيتي حاوي نانوذرات اصلاح شده و همچنين نمونه خالص پلي اتيلن تست زاويه تماس گرفته شد. نتايج حاصل نشاندهنده كاهش زاويه تماس از 127 درجه به 64 درجه در حضور نانوذرات پيوند زني شده با پلي اتيلن گليكول و وينيل سيلان بود كه دليل آن پخش پذيري موثر نانوذرات در حضور عامل وينيل سيلاني گزارش شد.

ابرخازن ساخته شده كارايي بالاي خود را از توانايي در مهندسي سطح دارد كه بر روي مواد پليمري انجام مي گيرد و زمينه فني آن بين رشته هاي مهندسي پليمر، مهندسي برق و فيزيك مي باشد. ابرخازن حالت جامد از دو الكترود با الكتروليت ـ جداكننده و جمع‌كننده جريان تشكيل شده است. ابرخازن ها چرخه عمر طولاني و هم چگالي توان بالايي دارند. يكي از چالش هاي اساسي كه ابرخازن ها با آن رو به رو هستند چگالي انرژي پايين است. نقطه ضعف ابرخازن‌ها، مايع بودن الكتروليت آن‌ها مي‌باشد. علاوه بر اين استفاده از الكتروليت هاي مايع در ابرخازن خطر نشتي به دنبال دارد كه طول عمر ابرخازن را تهديد مي‌كند. اما اگر از الكتروليت‌هاي جامد استفاده شود ابرخازن‌هاي حالت جامد انعطاف‌پذير و در عين حال به راحتي قابل تهيه هستند. ابرخازن‌هاي حالت جامد انعطاف‌پذير و قابل حمل مي‌باشند. بيشتر كارهاي صورت گرفته روي الكترودهاي رسانايي مثل گرافيت، فولاد زنگ نزن، استيل و غيره بوده است. براي همين منظور هدف از اين اختراع، افزايش عملكرد ابرخازن‌ها ( شامل افزايش ظرفيت ويژه، چگالي انرژي، چگالي توان)، استفاده از الكتروليت‌هاي حالت جامد به منظور راحتي ساخت ابرخازن (قابل حمل بودن) و جلوگيري از نشتي الكتروليت به بيرون، طراحي الكترود‌هاي پليمري بر مبناي روش الگوهاي تنفسي براي افزايش عملكرد ابرخازن‌ها به ويژه چگالي انرژي و ساخت ابرخازن حالت جامد با استفاده از نانوصفحات گرافن به عنوان مواد الكترود مي باشد. يكي از مشكلاتي كه در ساخت ابرخازن ها وجود دارد تماس ناكافي و عدم دسترسي يون هاي الكتروليت با مواد الكترود است كه اين عامل ناشي از مساحت سطح پايين الكترود و مواد الكترود است. ساخت الكترود بر پايه الگوهاي تنفسي اين امكان را مي دهد تا با ايجاد حفرات متعدد بر روي سطح الكترود، مساحت سطح را به طور قابل توجهي افزايش داده و تماس بين مواد الكترود و الكتروليت فوق العاده افزايش يابد و در نتيجه عملكرد ابرخازن ها از جمله ظرفيت ويژه و چگالي توان و انرژي افزايش يابد. همچنين حفرات ايجاد شده به روش الگوهاي تنفسي از زير به هم متصل هستند و باعث مي شود سطح تماس نانو ذرات گرافن به عنوان مواد الكترود افزايش يابد.

الكترود ساخته شده از جنس پليمر بوده و زمينه فني آن به كاربرد در ساخت ابرخازن ها، سنسور ها، باتري هاي شارژشونده و رشته مهندسي پليمر برمي گردد. ابرخازن ها چرخه عمر طولاني و هم چگالي توان بالايي دارند. يكي از چالش هاي اساسي كه ابرخازن ها با آن رو به رو هستند چگالي انرژي پايين است. بيشتر كارهاي صورت گرفته روي الكترودهاي رسانايي مثل گرافيت، فولاد زنگ نزن، استيل و غيره بوده است. براي همين منظور هدف از اين اختراع افزايش ظرفيت ويژه، چگالي انرژي و توان ابرخازن ها از طريق ساخت الكترود برمبناي روش الگوهاي تنفسي خواهد بود. يكي از مشكلاتي كه در ساخت ابرخازن ها وجود دارد تماس ناكافي و عدم دسترسي يون هاي الكتروليت با مواد الكترود است كه اين عامل ناشي از مساحت سطح پايين الكترود و مواد الكترود است. ساخت الكترود بر پايه الگوهاي تنفسي اين امكان را مي دهد تا با ايجاد حفرات متعدد بر روي سطح الكترود، مساحت سطح را به طور قابل توجهي افزايش داده و تماس بين مواد الكترود و الكتروليت فوق العاده افزايش يابد و در نتيجه عملكرد ابرخازن ها از جمله ظرفيت ويژه و چگالي توان و انرژي افزايش يابد. همچنين حفرات ايجاد شده به روش الگوهاي تنفسي از زير به هم متصل هستند كه باعث مي شود سطح تماس ذرات كامپوزيت پلي پيرول-گرافن اكسيد به عنوان مواد الكترود افزايش يابد.

در لاستيك سيليكون تقويت شده با نانو ذرات سنتز و اصلاح شده درجا با گروه هاي وينيل به دليل پراكنش بسيار عالي نانوذرات سيليكا در بستر سيليكوني در مقايسه با اختلاط مكانيكي خواص مكانيكي نانوكامپوزيت نهايي افزايش چشمگيرتري دارد. فرايند اصلاح سطح به دليل خواص منحصر به فرد كاتاليزورهاي پلاتيني مورد استفاده در پخت سيليكون هاي افزايشي انجام مي شود. براي تهيه نانوكامپوزيت سيليكوني غالبا نانوذرات سيليكا از پيش تهيه شده و به كمك اختلاط مكانيكي به پليمر افزوده هي شوند و سپس فرايند اصلاح سطح در بستر پليمري صورت مي گيرد. اختلاط مكانيكي روشي ضعيف در اختلاط نانوذرات به ويژه نانوذرات سيليكا بوده و ساختار نهايي ماده غير همگن مي شود و همين عامل سبب افت خواص نهايي نانوكامپوزيت مي شود. روش اختراعي با استفاده از سنتز درجا و اصلاح سطح مي تواند به اين مشكل قلبه كند و نانوكامپوزيتي با خواص نهايي بالاتري توليد نمايد.