Введение к работе
Актуальность работы. Синтез полимерных нанокомпозитов, обладающих уникальными электрофизическими, оптическими, магнитными и каталитическими свойствами, является важной задачей науки и материаловедения последних лет. Комплекс этих свойств определяется квантово-размерным и кулоновским эффектами в наночастицах и зависит от химической природы частиц, их размера и формы, расстояния между ними, распределения по размерам и упорядоченности (сверхструктуры). Полимерные нанокомпозиты привлекают внимание из-за возможности стабилизации в полимерных матрицах разнообразных наночастиц. Применение в качестве матрицы различных полимеров с диэлектрическими и полупроводниковыми свойствами также позволяет целенаправленно варьировать параметры композитов.
Разработка новых методов синтеза полимерных нанокомпозитов, исследование их структуры и необычных свойств представляет как фундаментальный, так и практический интерес. Эти материалы могут найти применение в качестве принципиально новых светодиодов, квантовых генераторов, фотовольтаических ячеек и газочувствительных сенсоров. Установление взаимосвязи между условиями синтеза, структурой и свойствами позволит целенаправленно управлять синтезом и создавать материалы с комплексом заданных характеристик.
Цель работы. - Разработка метода синтеза полимеризации из газовой фазы на поверхности (ГПП) поли-п-фениленвинилена (ПФВ). Исследование взаимосвязи между свойствами полимера и условиями его синтеза.
- Разработка нового метода ГПП синтеза многофункциональных полимерных нанокомпозитов на основе полимерных диэлектрических и полупроводниковых матриц с полупроводниковыми наночастицами различной природы.
- Исследование структуры и свойств полученных полимерных нанокомпозитов в зависимости от размера неорганических частиц и их концентрации.
Научная новизна. - Разработан оригинальный метод синтеза из газовой фазы поли-п-фениленвинилена. Установлено, что, изменяя условия синтеза, можно влиять на структуру, морфологию поверхности и оптические свойства полимера.
- Разработан оригинальный ГПП метод синтеза нанокомпозитов на основе диэлектрической или полупроводниковой полимерной матрицы, с регулируемой концентрацией неорганических наночастиц размерами от 3 нм и более, а также с пространственным и ориентационным распределением этих частиц.
- Изучено влияние условий синтеза на структуру и свойства полученных нанокомпозитов. Установлено, что при росте концентрации неорганической компоненты растет размер наночастиц и увеличивается расстояние между ними.
- Впервые методом ГПП при криогенных температурах подложки получены нанокомпозиты на основе ПФВ и ZnS, CdS, PbS. Установлено влияние химической природы и концентрации наночастиц на длину цепи сопряжения в полимере.
Достоверность полученных результатов обеспечивается применением современных экспериментально - измерительных средств и методов обработки экспериментальных данных, а также аппаратуры, строго откалиброванной по эталонам.
Практическая значимость. Разработан метод криохимического синтеза ПФВ, позволяющий регулировать структуру и влиять на свойства материала. Разработан принцип создания многофункциональных нанокомпозитов на основе диэлектрической и полупроводниковой полимерной матриц, содержащих наночастицы различной химической природы, определенной концентрации и размеров. Установлена взаимосвязь между условиями синтеза, структурой и свойствами полимерных нанокомпозитов, что позволяет целенаправленно влиять на структуру и размеры наночастиц, структуру полимерной матрицы, а также оптические свойства этих материалов. Результаты работы могут быть использованы при разработке новых приборов оптоэлектроники с настраиваемыми параметрами.
На защиту выносятся следующие результаты и положения:
-
Метод полимеризации из газовой фазы на поверхности поли-п-фениленвинилена при криогенных температурах.
-
Взаимосвязь условий синтеза, структуры и свойств.
-
Метод получения полимерных нанокомпозитов на основе поли-п-фениленвинилена и поли-п-ксилилена (ППК).
-
Зависимость структуры и свойств нанокомпозитов от параметров синтеза.
Апробация работы. Основные результаты работы представлены на XXIV Всероссийской школе-симпозиуме молодых ученых по химической кинетике (Московская обл., 2006), 2-ой Санкт-Петербургской конференции молодых ученых «Современные проблемы науки о полимерах» (Санкт-Петербург, 2006), XX и XXI симпозиумах «Современная химическая физика» (Туапсе, 2008, 2009), ХVIII Международном совещании «Радиационная физика твердого тела» (Севастополь, 2008), 16-ой международной конференции «Polychar–16. World forum of advanced materials» (Lucknow, India, 2008), Международной школе-конференции «Молодые ученые – науке, технологиям и профессиональному образованию в электронике (Молодые ученые-2008)» (Москва, 2008), Всероссийской конференции по физической химии и нанотехнологиям «НИФХИ-90» (Москва, 2008), Всероссийской конференции «Физико-химические аспекты технологии наноматериалов, их свойства и применение» (Москва, 2009), Всероссийской научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (Москва, 2009), 16-ой Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2009» (Москва, 2009), 8-ой Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки» (Ниж.-Новгород, 2009), 2-ой Всероссийской конференции «Многомасштабное моделирование процессов и структур в нанотехнологиях» (Москва, 2009), 5-ой Всероссийской Каргинской конференции «Полимеры-2010» (Москва, 2010).
Публикации. По теме диссертации опубликована 21 печатная работа. Из них 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 19 тезисов докладов в сборниках Всероссийских и Международных конференций.
Личный вклад автора. Автором выполнен синтез образцов полимерных нанокомпозитов и сопряженных полимерных систем. Комплексное исследование свойств полученных материалов проводилось лично или при непосредственном участии автора. Проанализированы и обобщены экспериментальные данные, полученные с помощью современных методов исследования, выявлена взаимосвязь между параметрами синтеза, структурой и свойствами конечных материалов. Автор руководил научной работой студентов факультета физики и информационных технологий МПГУ и факультета биотехнологии и органического синтеза МГАТХТ, проводивших синтез или исследование различных нанокомпозитов и защитивших курсовые, дипломные и бакалаврские работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 160 страницах, содержит 70 рисунков и 23 таблицы. Список цитируемой литературы включает 190 ссылок.
