تهیه، بهینه‌سازی و مشخصه‌یابی نانوکامپوزیت‌های PMMA/TiO2-Crocus sativus L. به عنوان مواد هیبریدی چندعملکردی

این کار برای اولین بار به توسعه، بهینه‌سازی و مشخصه‌یابی ساختاری نانوکامپوزیت‌های پلی‌متیل‌متاکریلات (PMMA) تقویت شده با نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم (TiO2) و عاملیت‌دار شده با رنگ‌زای طبیعی زعفران (Crocus sativus L.) می‌پردازد. هدف این پژوهش ایجاد یک کلاس جدید از مواد هیبریدی پایدار با خواص چندعملکردی بهبودیافته است. این نانوکامپوزیت‌ها با استفاده از روش‌های ریخته‌گری محلول و پوشش‌دهی غوطه‌ای با نسبت‌های وزنی مختلف TiO2 (0.2، 0.4 و 0.6 درصد وزنی) تهیه شدند و تأکید ویژه‌ای بر اثر آنها بر ساختار ریخت‌شناسی، توزیع و برهمکنش‌های سطحی شد. تحلیل‌های ساختاری، شیمیایی و بلوری با استفاده از پراش پرتو ایکس (XRD)، طیف‌سنجی ATR-FTIR و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) همراه با تحلیل تصویر ImageJ برای تعیین درجه پراکندگی نانوذرات انجام شد. نتایج وجود فاز بلوری آناتاز TiO2 و فاز آمورف PMMA را با پیوند سطحی خوب بین اجزا که توسط رنگ‌زای زعفران تسهیل شده بود، و همچنین توزیع همگن با آگلومره‌های جزئی در نسبت‌های بارگذاری بالاتر نشان داد. یافته‌ها حاکی از برهمکنش قوی سطحی بین اجزا است. نانوذرات همچنین کاهش اندازه قابل توجهی از تقریباً 45 نانومتر در کمترین نسبت TiO2 به 10 نانومتر نشان دادند که مؤثر بودن رنگ‌زا در بهبود پراکندگی طبیعی را نشان می‌دهد. افزودن TiO2 به افزایش پیوستگی و ساختار کمک کرد، در حالی که رنگ‌زای زعفران عملکردهای نوری و زیستی را به این سیستم نانوکامپوزیتی جدید بخشید و آن را برای کاربردهای بالقوه در مواد الکترونیک نوری، پوشش‌های پزشکی زیستی و توسعه مواد دوستدار محیط زیست امیدوارکننده می‌سازد.

This work presents, for the first time, the development, optimization, and structural characterization of poly(methyl methacrylate) (PMMA) nanocomposites reinforced with titanium dioxide (TiO2) nanoparticles and functionalized with natural saffron dye extracted from Crocus sativus L. This research aims to create a new class of sustainable hybrid materials with enhanced multifunctional properties. These nanocomposites were prepared using solution casting and dip-coating methods with different TiO2 weight ratios (0.2, 0.4, 0.6 wt.%), with particular emphasis on their effect on morphological structure, distribution, and interfacial interactions. Structural, chemical, and crystalline analyses were performed using X-ray diffraction (XRD), ATR-FTIR spectroscopy, and field emission scanning electron microscopy (FESEM) coupled with ImageJ image analysis to determine the degree of nanoparticle dispersion. The results showed the presence of the crystalline anatase phase of TiO2 and the amorphous phase of PMMA, with good interfacial bonding between components facilitated by saffron dye, as well as homogeneous distribution with slight agglomerates at higher loading ratios. The findings indicate strong interfacial interaction between the components. The nanoparticles also exhibited a significant size reduction from approximately 45 nm at the lowest TiO2 ratio to 10 nm, demonstrating the effect of the dye in improving natural dispersion. The addition of TiO2 contributed to enhanced cohesion and structure, while saffron dye imparted optical and biological functionalities to this novel nanocomposite system, making it promising for potential applications in optoelectronic materials, biomedical coatings, and eco-friendly material development.