Введение к работе
Работа посвящена исследованию диэлектрических свойств и проводимости многофазных систем методом широкополосной диэлектрической спектроскопии Основными объектами исследований были три низкоразмерные системы разной вязкости низкоконцентрированные растворы обратных мицелл АОТ/вода в гексане, полиамидные металлсодержащие нанокомпозиции, нанокомпозиты на основе цеолитов и полупроводников типа A"Bv1 Актуальность работы.
Нанотехнология - актуальнейшее направление современной науки о материалах Однако специфика микро- и нанодисперсных систем (включая нанокомпозитные) выявила существенный недостаток экспериментальных методов для их исследований, который очень медленно восполняется в течение последних двух десятилетий В частности, это связано с тем, что такие системы, как правило, сильно рассеивают свет, что создает иногда непреодолимые трудности для применения оптических методов Но этот недостаток не свойственен электрическим методам, основанным на измерениях электропроводности и диэлектрических свойств* В связи с этим многие исследователи отмечали заманчивую перспективу в применении таких методов как неразрушающих не только для исследования свойств конечных продуктов, но и для исследования процессов формирования материалов, в том числе в режиме "in situ" Однако, до сих пор остаются невыясненными ряд принципиальных вопросов, для разрешения которых необходимы сравнительные исследования на разных средах В частности, нет ясности, насколько эффективно можно применять метод широкополосной диэлектрической спектроскопии для изучения влияния добавок на структурные переходы в нанокомпозитах Нет данных о влиянии жесткости систем на межфазные взаимодействия наночастиц включений с матрицей Не ясно, в каком диапазоне частот электрического поля следует искать диэлектрический отклик от наночастиц в нанокомпозитах, и ряд других вопросов
Цель работы Целью настоящей работы было путем исследования нескольких многокомпонентных наноразмерных систем с сильно различающейся вязкостью получить экспериментальные данные по проводимостям, спектрам распределения времен релаксации, по релаксационным свойствам в широком температурном диапазоне Исследовать особенности взаимодействия нанообъектов включений с матрицей, влияние добавок на электрофизические и релаксационные свойства наноком-позитов, роль электродных эффектов при измерениях Попутно с решением главной задачи выяснить возможности широкополосной диэлектрической спектроскопии для получения данных о свойствах нанообъектов включений
Учитывая вышесказанное, для исследований были выбраны три системы Наименее вязкая система - низкоконцентрированные мицеллярные растворы, жидкие растворы типа «вода в масле» Наиболее жесткая система - полупроводниковые нано-
* Частично проведенные исследования были поддержаны Российским фондом фундаментальных исследований (проекты № 05-03-33016_а, № 06-03-81014 Бел_а) См например, материалы недавней конференции 5th International Conference on Broadband Dielectric Spectroscopy and Its Applications", Lyon, France, 26 - 29 August 2008, http //bds2008 ccsd cnrs fr/
частицы в порах цеолитов Как система с «промежуточными» свойствами были выбраны металлосодержащие полиамидные композиции
Научная новизна.
-
Впервые изучены электрические свойства растворов обратных мицелл АОТ/вода в гексане с w < 10 при концентрациях ниже перколляционного порога в области частот электрического поля 10 ' - 105 Гц и напряженностей < 200 В см"1
-
Исследования нанокомпозита на основе полиамидной матрицы РА-6 и ацетил ацетоната кобальта ААСо разных массовых концентраций (0 05, 0 2, 0 5, 3%) обнаружили, что влажность существенно усиливает влияние добавки ААСо на диэлектрические характеристики композита Влияние добавки проявлялось в уменьшении температуры стеклования и в понижении частоты поля, при которой существенными оказывались электродные эффекты
-
Впервые зарегистрирован и охарактеризован диэлектрический отклик от наноча-стиц ZnS в температурном диапазоне 170-230С Обнаруженный высокотемпературный максимум, предполагается, обусловлен зависимостью от температуры времени релаксации диполей, сформированных из комплексов дефектов разного типа Сравнение результатов для нанокомпозита с данными для пленки ZnS показало, что в наночастицах формирующиеся дипольные комплексы дефектов ре-лаксируют медленнее, чем в больших кристаллах
Практическое значение работы.
Проведенные в широком диапазоне частот электрического поля (10"'-105 Гц) и температур (-160 - +300СС) сравнительные исследования диэлектрических свойств в многофазных наносистемах различной вязкости могут быть использованы в практике Действительно, выбранные системы интенсивно исследуются в последние десять лет, что обусловлено их привлекательностью в различных отраслях науки и производства Особенно это относится к нанокомпозитам на основе полиамидов ПА6 Полученные результаты дополняют представления о влиянии металлической добавки на структурные и вязко-эластичные свойства, что, по-видимому, должно учитываться при проектировании различных конструкций на основе данных материалов Данные по влиянию воды на релаксационные и прочностные свойства этих композитов могут быть востребованы для прогнозирования поведения изученных материалов в широком температурном диапазоне в условиях разной влажности Личный вклад автора
Настоящая работа выполнялась во время учебы автора в аспирантуре Института проблем химической физики РАН и работы в лаборатории фотодинамических процессов (заведующий лаборатории д ф -м н профессор Новиков Г Ф ), отдел фотохимии ИПХФ РАН Исследования проводилась в соответствии с планами работ лаборатории, и общие направления исследований формулировались ее руководителем Все, включенные в диссертацию данные диэлектрической спектроскопии, получены лично автором или при его непосредственном участии Автором осуществлено проведение всех экспериментов, совместная с руководителем разработка основных теоретических моделей, интерпретация экспериментальных результатов, формулировка основных выводов и научных положений На защиту выносятся:
Полученные экспериментальные данные по зависимостям диэлектрических параметров (компонент комплексной диэлектрической проницаемости є*, комплексной
проводимости <т*, тангенса 5 ) от частоты (103-105Гц) и напряженности электрического поля и температур -160-300С в трех многофазных наносистемах различной вязкости растворы обратных мицелл АОТ/вода в гексане, нанокомпозиты на основе полиамидов с металлосодержащими наполнителями, нанокомпозиты на основе цеолитов и полупроводников типа AnBVI Полученные путем математического фитинга данных функциями Гаврильяка-Негами, Коула-Коула и Коула-Дэвидсона распределения времен релаксации и результаты выделения доли сквозной (dc)- проводимости в диэлектрических спектрах для перечисленных выше условий
Апробация работы. Основное содержание диссертации отражено в 6-ти статьях, а также было доложено и обсуждалось на конференциях, по результатам которых было опубликовано 12 тезисов
Диссертация состоит из Введения, 5-ти глав, Выводов, библиографии и списков рисунков и таблиц Объем диссертации 136 стр текста, включая 28 рисунков, 2 таблицы и библиографию из 216 наименований
