Published November 1, 2023
| Version v1
Publication
Synthesizing and exploring the structural and optical properties of PVA/PVP/PEG polymeric sheet upon doping with nano nickel oxide (NiO) for CUT-OFF filters
- 1. King Khalid University
- 2. Ain Shams University
Description
Developing novel composite polymeric materials with noteworthy characteristics is vital for crucial research and optical applications in numerous sectors. Using the solution casting method, the blend of the hydrophilic (polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylpyrrolidone (PVP), and polyethylene glycol (PEG)), polymeric composites was evaluated as host carriers for important metal oxide particles of NiO at different concentrations (0.05,0.27,0.55,2.7,5.5,11.04 wt%). The semi-crystalline structural behavior of the produced polymeric sheets was determined by X-ray diffraction (XRD), the surface morphology and the mean grain size of the NiO nanoparticles were investigated through the scanning electron microscopy (SEM), as well as the presence of the O–H group on the PVA/PVP/PEG polymers was identified by the remarkable Fourier transform-infrared (FT-IR) analysis. Using a UV–Vis spectrophotometer, the remarkable impacts of various NiO dopant ratios on the optical properties, transmittance, absorbance, absorption coefficient, and extinction coefficient, of the considered NiO: PVA/PVP/PEG composite sheets were examined. Pure PVA/PVP/PEG polymeric composites have transmittance spectra that are 91 % in the visible range, then drop to 0 % as raising the concentrations of NiO NPs. Additionally, the π-π transition of blend segments is revealed by the studied NiO-doped PVA/PVP/PEGsheets' absorption spectra, which peak at 350 nm. The direct/indirect bandgaps for the pure polymer are (5.40 and 4.98 eV), and they are reduced to (4.81 and 2.84 eV) with the weight of NiO increased, respectively. Based on the optical energy bandgaps (Eg) of the NiO: PVA/PVP/PEG thin composite sheets, seven different models were used to precisely quantify the nonlinear optical characteristics and linear refractive index (n). With the highest concentrations of NiO, the high-frequency dielectric values increased, and the static dielectric constant decreased. The prepared nanocomposites reduced the intensity of three different types of lasers at a wavelength (635 nm, 532 nm, and 450 nm) and the intensity of optical lampe at power 1036 W/ m2. The outstanding findings strongly suggest that the proposed NiO: PVA/PVP/PEG thin composite sheets be designed for various optoelectronic, optical filters, and laser medical applications.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يعد تطوير مواد بوليمرية مركبة جديدة ذات خصائص جديرة بالملاحظة أمرًا حيويًا للبحث الحاسم والتطبيقات البصرية في العديد من القطاعات. باستخدام طريقة صب المحلول، تم تقييم المواد المركبة البوليمرية كحاملات مضيفة لجزيئات أكسيد المعادن المهمة من أكسيد النيو بتركيزات مختلفة (0.05،0.27،0.55،2.7،5،11.04 بالوزن٪). تم تحديد السلوك الهيكلي شبه البلوري للألواح البوليمرية المنتجة عن طريق حيود الأشعة السينية (XRD)، وتم فحص مورفولوجيا السطح ومتوسط حجم الحبيبات للجسيمات النانوية لأكسيد النيتروجين من خلال الفحص المجهري الإلكتروني (SEM)، وكذلك تم تحديد وجود مجموعة O - H على بوليمرات PVA/PVP/PEG من خلال تحليل فورييه الرائع للتحويل بالأشعة تحت الحمراء (FT - IR). باستخدام مقياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية، تم فحص التأثيرات الملحوظة لمختلف نسب إشابة أكسيد النيتروجين على الخصائص البصرية، والنفاذية، والامتصاص، ومعامل الامتصاص، ومعامل الانقراض، للألواح المركبة من أكسيد النيتروجين: PVA/PVP/PEG. تحتوي المواد المركبة البوليمرية PVA/PVP/PEG النقية على أطياف نفاذية تبلغ 91 ٪ في النطاق المرئي، ثم تنخفض إلى 0 ٪ على أنها ترفع تركيزات الجسيمات النانوية لأكسيد النيتروجين. بالإضافة إلى ذلك، يتم الكشف عن الانتقال π - π لمقاطع المزيج من خلال أطياف امتصاص PVA/PVP/PEGsheets المدروسة والمخدرة من قبل NiO، والتي تبلغ ذروتها عند 350 نانومتر. الفجوات النطاقية المباشرة/غير المباشرة للبوليمر النقي هي (5.40 و 4.98 إلكترون فولت)، ويتم تقليلها إلى (4.81 و 2.84 إلكترون فولت) مع زيادة وزن أكسيد النيتروجين، على التوالي. استنادًا إلى فجوات نطاق الطاقة الضوئية (Eg) للألواح المركبة الرقيقة NiO: PVA/PVP/PEG، تم استخدام سبعة نماذج مختلفة لتحديد الخصائص البصرية غير الخطية ومؤشر الانكسار الخطي (n) بدقة. مع أعلى تركيزات من أكسيد النيتروجين، زادت قيم العزل الكهربائي عالية التردد، وانخفض ثابت العزل الكهربائي الثابت. قللت المركبات النانوية المحضرة من شدة ثلاثة أنواع مختلفة من أشعة الليزر عند طول موجي (635 نانومتر، 532 نانومتر، و 450 نانومتر) وشدة الحمل البصري عند القدرة 1036 واط/ م 2. تشير النتائج البارزة بقوة إلى أن الأوراق المركبة الرفيعة NIO المقترحة: PVA/PVP/PEG مصممة لمختلف التطبيقات الإلكترونية الضوئية والمرشحات البصرية والتطبيقات الطبية بالليزر.Translated Description (French)
Le développement de nouveaux matériaux polymères composites aux caractéristiques remarquables est essentiel pour des applications cruciales de recherche et d'optique dans de nombreux secteurs. En utilisant la méthode de coulée en solution, le mélange hydrophile (alcool polyvinylique (PVA), polyvinylpyrrolidone (PVP) et polyéthylène glycol (PEG)), les composites polymères ont été évalués en tant que supports hôtes pour les particules importantes d'oxyde métallique de NiO à différentes concentrations (0,05,0,27,0,55,2,7,5,5,11,04 % en poids). Le comportement structural semi-cristallin des feuilles polymères produites a été déterminé par diffraction des rayons X (DRX), la morphologie de surface et la taille moyenne des grains des nanoparticules de NiO ont été étudiées par microscopie électronique à balayage (MEB), ainsi que la présence du groupe O–H sur les polymères PVA/PVP/PEG a été identifiée par la remarquable analyse par transformée de Fourier infrarouge (FT-IR). À l'aide d'un spectrophotomètre UV–Vis, les impacts remarquables de divers rapports de dopants NiO sur les propriétés optiques, la transmittance, l'absorbance, le coefficient d'absorption et le coefficient d'extinction des feuilles composites NiO : PVA/PVP/PEG considérées ont été examinés. Les composites polymères PVA/PVP/PEG purs ont des spectres de transmittance de 91 % dans la plage visible, puis tombent à 0 % en augmentant les concentrations de NP NiO. De plus, la transition π-π des segments de mélange est révélée par les spectres d'absorption des feuilles PVA/PVP/PE dopées NiO étudiées, qui culminent à 350 nm. Les bandes interdites directes/indirectes pour le polymère pur sont (5,40 et 4,98 eV), et elles sont réduites à (4,81 et 2,84 eV) avec le poids de NiO augmenté, respectivement. Sur la base des bandes interdites optiques (Eg) des feuilles composites minces NiO : PVA/PVP/PEG, sept modèles différents ont été utilisés pour quantifier précisément les caractéristiques optiques non linéaires et l'indice de réfraction linéaire (n). Avec les concentrations les plus élevées de NiO, les valeurs diélectriques à haute fréquence ont augmenté et la constante diélectrique statique a diminué. Les nanocomposites préparés ont réduit l'intensité de trois types différents de lasers à une longueur d'onde (635 nm, 532 nm et 450 nm) et l'intensité de la lampe optique à une puissance de 1036 W/ m2. Les résultats exceptionnels suggèrent fortement que les feuilles composites minces NiO : PVA/PVP/PEG proposées soient conçues pour diverses applications médicales optoélectroniques, optiques et laser.Translated Description (Spanish)
El desarrollo de nuevos materiales poliméricos compuestos con características notables es vital para la investigación crucial y las aplicaciones ópticas en numerosos sectores. Usando el método de colada en solución, se evaluó la mezcla de los compuestos poliméricos hidrófilos (alcohol polivinílico (PVA), polivinilpirrolidona (PVP) y polietilenglicol (PEG)) como portadores hospedadores para partículas de óxido metálico importantes de NiO a diferentes concentraciones (0,05,0,27,0,55,2,7,5,5,11,04% en peso). El comportamiento estructural semicristalino de las láminas poliméricas producidas se determinó mediante difracción de rayos X (XRD), la morfología superficial y el tamaño medio de grano de las nanopartículas de NiO se investigaron mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), así como la presencia del grupo O–H en los polímeros PVA/PVP/PEG se identificó mediante el notable análisis de infrarrojos por transformada de Fourier (FT-IR). Usando un espectrofotómetro UV–Vis, se examinaron los notables impactos de varias relaciones de dopante de NiO en las propiedades ópticas, transmitancia, absorbancia, coeficiente de absorción y coeficiente de extinción, de las láminas compuestas de NiO: PVA/PVP/PEG consideradas. Los compuestos poliméricos de PVA/PVP/PEG puros tienen espectros de transmitancia que están 91% en el rango visible, luego caen a 0% a medida que aumentan las concentraciones de NP de NiO. Además, la transición π-π de los segmentos de mezcla se revela por los espectros de absorción de las láminas de PVA/PVP/PEG dopadas con NiO estudiadas, que alcanzan un máximo a 350 nm. Las brechas de banda directas/indirectas para el polímero puro son (5.40 y 4.98 eV), y se reducen a (4.81 y 2.84 eV) con el peso de NiO aumentado, respectivamente. Con base en las brechas de banda de energía óptica (Eg) de las láminas compuestas delgadas de nio: PVA/PVP/PEG, se utilizaron siete modelos diferentes para cuantificar con precisión las características ópticas no lineales y el índice de refracción lineal (n). Con las concentraciones más altas de NiO, los valores dieléctricos de alta frecuencia aumentaron y la constante dieléctrica estática disminuyó. Los nanocompuestos preparados redujeron la intensidad de tres tipos diferentes de láseres a una longitud de onda (635 nm, 532 nm y 450 nm) y la intensidad de la lámpara óptica a una potencia de 1036 W/ m2. Los hallazgos sobresalientes sugieren fuertemente que las láminas compuestas delgadas de nio: PVA/PVP/PEG propuestas se diseñen para diversas aplicaciones médicas optoelectrónicas, de filtros ópticos y láser.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تجميع واستكشاف الخصائص الهيكلية والبصرية للصفائح البوليمرية PVA/PVP/PEG عند التنشيط باستخدام أكسيد النيكل النانوي (NIO) لمرشحات القطع
- Translated title (French)
- Synthétiser et explorer les propriétés structurelles et optiques de la feuille polymère PVA/PVP/PEG lors du dopage avec du nano oxyde de nickel (NiO) pour les filtres DE COUPURE
- Translated title (Spanish)
- Sintetizar y explorar las propiedades estructurales y ópticas de la lámina polimérica de PVA/PVP/PEG tras el dopaje con nanoóxido de níquel (NiO) para filtros DE CORTE
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4389044523
- DOI
- 10.1016/j.jmrt.2023.11.199
References
- https://openalex.org/W130297679
- https://openalex.org/W194678618
- https://openalex.org/W1964220924
- https://openalex.org/W1972052269
- https://openalex.org/W2002345679
- https://openalex.org/W2029548156
- https://openalex.org/W2053078660
- https://openalex.org/W2060190635
- https://openalex.org/W2076653766
- https://openalex.org/W2089442147
- https://openalex.org/W2094498700
- https://openalex.org/W2097203407
- https://openalex.org/W2101486074
- https://openalex.org/W2106106250
- https://openalex.org/W2196604006
- https://openalex.org/W2343332765
- https://openalex.org/W2460079000
- https://openalex.org/W2467094745
- https://openalex.org/W2775202798
- https://openalex.org/W2794097877
- https://openalex.org/W2806432392
- https://openalex.org/W2928943569
- https://openalex.org/W2975362071
- https://openalex.org/W3003932598
- https://openalex.org/W3016093208
- https://openalex.org/W3016447843
- https://openalex.org/W3016864940
- https://openalex.org/W3021469658
- https://openalex.org/W3033726977
- https://openalex.org/W3043870364
- https://openalex.org/W3094462233
- https://openalex.org/W3097271105
- https://openalex.org/W3102575099
- https://openalex.org/W3102808486
- https://openalex.org/W3109524803
- https://openalex.org/W3119974197
- https://openalex.org/W3128075554
- https://openalex.org/W3129973724
- https://openalex.org/W3130773433
- https://openalex.org/W3145184292
- https://openalex.org/W3157734244
- https://openalex.org/W3161669402
- https://openalex.org/W3168241690
- https://openalex.org/W3177159570
- https://openalex.org/W3191414983
- https://openalex.org/W3198437964
- https://openalex.org/W3200386743
- https://openalex.org/W3201522734
- https://openalex.org/W3205648822
- https://openalex.org/W3211168612
- https://openalex.org/W4200426296
- https://openalex.org/W4205392966
- https://openalex.org/W4221071627
- https://openalex.org/W4224314373
- https://openalex.org/W4224948163
- https://openalex.org/W4226523589
- https://openalex.org/W4283326229
- https://openalex.org/W4289443833
- https://openalex.org/W4366817422