Електроактивні нанокомпозити на основі поліаніліну і титанату барію

Електроактивні нанокомпозити на основі поліаніліну і титанату барію

Дослiджено вплив тиску пресування на електрофізичні характеристики нанокомпозитів поліанілін―ВаТiO3, cинтезованих in situ. Дослідження частотної залежності реактивного опору поліанілін―ВаТiO3 дозволило встановити вклад індукційної та ємностної складових реактивного опору в загальний опір в залежност...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Date:2008
Main Authors: Загорний, М.М., Жигоцький, А.Г., Рагуля, А.В.
Format: Article
Language:Ukrainian
Published: Інститут проблем матеріалознавства імені І.М. Францевича НАН України 2008
Series:Современные проблемы физического материаловедения
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28633
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Електроактивні нанокомпозити на основі поліаніліну і титанату барію / М.М. Загорний, А.Г. Жигоцький, А.В. Рагуля // Современные проблемы физического материаловедения: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2008. — Вип. 17. — С. 102-106. — Бібліогр.: 7 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-28633
record_format dspace
spelling nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-286332025-02-09T09:41:45Z Електроактивні нанокомпозити на основі поліаніліну і титанату барію Загорний, М.М. Жигоцький, А.Г. Рагуля, А.В. Дослiджено вплив тиску пресування на електрофізичні характеристики нанокомпозитів поліанілін―ВаТiO3, cинтезованих in situ. Дослідження частотної залежності реактивного опору поліанілін―ВаТiO3 дозволило встановити вклад індукційної та ємностної складових реактивного опору в загальний опір в залежності від хімічного складу нанокомпозита. 2008 Article Електроактивні нанокомпозити на основі поліаніліну і титанату барію / М.М. Загорний, А.Г. Жигоцький, А.В. Рагуля // Современные проблемы физического материаловедения: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2008. — Вип. 17. — С. 102-106. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. XXXX-0073 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28633 621.762 uk Современные проблемы физического материаловедения application/pdf Інститут проблем матеріалознавства імені І.М. Францевича НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Ukrainian
description Дослiджено вплив тиску пресування на електрофізичні характеристики нанокомпозитів поліанілін―ВаТiO3, cинтезованих in situ. Дослідження частотної залежності реактивного опору поліанілін―ВаТiO3 дозволило встановити вклад індукційної та ємностної складових реактивного опору в загальний опір в залежності від хімічного складу нанокомпозита.
format Article
author Загорний, М.М.
Жигоцький, А.Г.
Рагуля, А.В.
spellingShingle Загорний, М.М.
Жигоцький, А.Г.
Рагуля, А.В.
Електроактивні нанокомпозити на основі поліаніліну і титанату барію
Современные проблемы физического материаловедения
author_facet Загорний, М.М.
Жигоцький, А.Г.
Рагуля, А.В.
author_sort Загорний, М.М.
title Електроактивні нанокомпозити на основі поліаніліну і титанату барію
title_short Електроактивні нанокомпозити на основі поліаніліну і титанату барію
title_full Електроактивні нанокомпозити на основі поліаніліну і титанату барію
title_fullStr Електроактивні нанокомпозити на основі поліаніліну і титанату барію
title_full_unstemmed Електроактивні нанокомпозити на основі поліаніліну і титанату барію
title_sort електроактивні нанокомпозити на основі поліаніліну і титанату барію
publisher Інститут проблем матеріалознавства імені І.М. Францевича НАН України
publishDate 2008
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28633
citation_txt Електроактивні нанокомпозити на основі поліаніліну і титанату барію / М.М. Загорний, А.Г. Жигоцький, А.В. Рагуля // Современные проблемы физического материаловедения: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2008. — Вип. 17. — С. 102-106. — Бібліогр.: 7 назв. — укр.
series Современные проблемы физического материаловедения
work_keys_str_mv AT zagornijmm elektroaktivnínanokompozitinaosnovípolíanílínuítitanatubaríû
AT žigocʹkijag elektroaktivnínanokompozitinaosnovípolíanílínuítitanatubaríû
AT ragulâav elektroaktivnínanokompozitinaosnovípolíanílínuítitanatubaríû
first_indexed 2025-11-25T11:09:36Z
last_indexed 2025-11-25T11:09:36Z
_version_ 1849760402189058048
fulltext УДК 621.762 Електроактивні нанокомпозити на основі поліаніліну і титанату барію М. М. Загорний, А. Г. Жигоцький, А. В. Рагуля Дослiджено вплив тиску пресування на електрофізичні характеристики нанокомпозитів поліанілін―ВаТiO3, cинтезованих in situ. Дослідження частотної залежності реактивного опору поліанілін―ВаТiO3 дозволило встановити вклад індукційної та ємностної складових реактивного опору в загальний опір в залежності від хімічного складу нанокомпозита. Вступ Поряд з ТiO2 в якості нанокристалічної складової нанокомпозита поліаніліну (ПАн) застосовується ВаТiO3, що має суттєве значення як з теоретичної, так і з прикладної точок зору. Це зумовлено тим, що ВаТiO3 в залежності від природи і кількості допанту може проявляти n- та р-провідність, специфічні оптичні властивості, в тому числі добре виражені сегнетоелектричні властивості [1, 2]. В зв’язку з цим можна очікувати наявність специфічних електричних властивостей в системі ПАн―BaTiO3 внаслідок взаємодії електроактивного полімеру з сегнето- електричним нанопорошком ВаТiO3, який характеризується підвищеною концентрацією кисневих вакансій в кристалічній гратці. Одразу ж необхідно відмітити, що в порівнянні з системою ПАн―ТiO2 відомо дуже мало наукових праць, де досліджується система ПАн―BaTiO3. В попередніх роботах в композитах ПАн―BaTiO3 полімерні матриці мали питомий опір близький до опору сегнетоелектрика (1014―1012 Ом·см). Дуже цікавою є робота [3], в якій подано результати дослідження електричних властивостей композитів BaTiO3 з поліаніліном як полімерною матрицєю з питомим опором 106 Ом·см. Для синтезу композитів ПАн―BaTiO3 нанопорошки BaTiO3 отримували золь-гель методом з гідроксиду барію і тетраетоксититанату з кінцевою термообробкою при 1250 °С. Формування нанокомпозитів з вмістом 70―95% (мас.) BaTiO3 здійснювали методом окиснювальної полімеризації аніліну. Зразки для дослідження вольт-амперних характеристик I = f(U) отримували пресуванням порошків нанокомпозитів під тиском 300 МПа. Поляризацію нанокомпозитів проводили при 15 В на протязі 30 хв. На жаль, не вказуються розміри таблеток, тому важко аналізувати дійсні умови поляризації. Аналіз характеристик I = f(U) для зразків ПАн―BaTiO3 до і після поляризації показав, що вони мають нелінійний характер, а рух зарядів в них відбувається у відповідності до обмежувальних умов руху просторових зарядів. При цьому виникаючий у нанокомпозиті струм визначається величиною напруги, що прикладається до зразка, відстанню між частинками сегнетоелектрика і концентрацією пасток просторового заряду. Критична напруга збільшується з підвищенням вмісту BaTiO3 у нанокомпозиті. Процес поляризації нанокомпозитів ПАн―BaTiO3 автори роботи [3] пояснюють виникненням просторових зарядів на інтерфейсах, утворенням внутрішнього електричного поля, направленого протилежно зовнішньому. © М. М. Загорний, А. Г. Жигоцький, А. В. Рагуля, 2008 102 Аналіз робіт по формуванню нанокомпозитів з нанопорошками BaTiO3 показав, що практично відсутні дослідження, в яких би системи вивчалися у широкому діапазоні концентрацій і з невеликим концентраційним градієнтом. Разом з цим треба відмітити, що в цих роботах не досліджується вплив великих площ поверхні інтерфейсів на структурні, поверхневі і функціональні властивості нанокомпозитів. Такий аспект проблеми представляє значний теоретичний і прикладний інтерес з точки зору реалізації перколяційних ефектів, досягнення екстремальних характеристик наноструктурних матеріалів. Достатньо нагадати, що поріг перколяції досягається при невеликих концентраціях однієї із фаз [4], в деяких випадках при ~1% (об.) [5]. Це можливо, коли компоненти електроактивні і знаходяться в нанорозмірному стані, і тим більше, коли один із них (гість-полімер) синтезується у присутності другого (хазяїна), який може бути напівпровідником або сегнетоелектриком з високо- розвинутою структурованою поверхнею. Саме тому в роботі наведено результати дослідження електрофізичних характеристик порошків нано- композитів на основі ПАн і ВаТiО3, синтезованих методом окиснювальної полімеризації мономера аніліну, в присутності нанопорошку ВаТiО3. Проведено вивчення впливу тиску під час пресування нанокомпозитів на щільність та їх пористість. Нанопорошок ВаТiO3 з середнім розміром частинок 50―100 нм був синтезований в ІПМ НАН України. Экспериментальна частина Синтез нанокомпозитів ПАн―BaTiO3 проводили за методикою роботи [6], але тільки з тією різницею, що порошок BaTiO3 спочатку модифікували 1%-ним розчином анілінсульфату в диметилформаміді на протязі трьох годин. Потім сегнетоелектрик додавали в реакційну cистему. Синтез самого поліаніліну здійснювали за методикою роботи [7]. Нанокомпозитні порошки пресували в закритій стальній прес-формі діаметром 10 мм на гідравлічному пресі марки “ЗИМ” тип 17125, № 4809. Імпедансні характеристики (реактивний Rреакт та уявний опір Rуяв) вимірювали в діапазоні частот 0,1―50 000 Гц за допомогою імпедансного аналізатора Z-meter (CША) на таблетках діаметром 10 і висотою 2―3 мм. Напруга вимірювального сигналу складала 20 мВ, максимальний струм ― 0,01 A. Діелектричну проникність ε зразків ПАн і нанокомпозитів ПАн―BaTiO3 визначали на вимірювачі добротності ТЕСЛА ВМ60 в інтервалі частот 50―36 МГц при температурі 20 °C. Результати та їх обговорення Під час синтезу електроактивних матеріалів на основі нанопорошку BaTiO3 методом полімеризації мономерів у присутності твердої поверхні оксидної фази важливою проблемою є її ефективна модифікація з метою збереження високої дисперсності функціональної фази на усіх стадіях формування нанокомпозитів. Дана робота направлена на вивчення впливу модифікованого порошку BaTiO3 на електричні та діелектричні властивості поліаніліну. Результати дослідження впливу вмісту модифікованого BaTiO3 на вихід продукту, питому щільність пресованих зразків подані у табл. 1. З наведених даних випливає, що збільшення вмісту модифікованих частинок титанату барію в реакційній системі приводить до підвищення виходу і щільності синтезованих композитів ПАн―BaTiO3. Досліджено опір змін- 103 Т а б л и ц я 1. Властивості нанокомпозитів на основі поліаніліну і титанату барію Співвідношення оксидна фаза : мономер Вихід продукту, % Питома щільність, г/см3 100 : 100 25 : 75 50 : 50 75 : 25 78,0 83,59 89,7 92,6 1,32 1,68 1,91 2,52 Рис. 1. Залежність опору ПАн (1) і композитів ПАн― 50% (мас.) ВаTiO3 (2) та ПАн―75% (мас.) ВаTiO3 (3) від частоти змінного струму електричного поля. ного струму на зразках поліаніліну з різним вмістом ВаTiO3. Результа- ти експериментів подані на рис. 1. Характер залежності опору поліані- ліну і нанокомпозитів на його основі від частоти змінного струму суттєво залежить від складу системи. Аналіз кривих R, Ом ω, Гц залежностей Rреакт = f(ω) для нанокомпозитів ПАн―BaTiO3 показує, що із збільшенням вмісту ВаТіО3 в нанокомпозиті інтенсивність стрибка (підвищення-зниження) опору при частоті електричного поля 3000 Гц зменшується і при вмісті 75% (мас.) ВаТіО3 стрибок практично зникає. При цьому Rуяв суттєво збільшується, що може свідчити про домінуючу роль індуктивної складової опору в усьому інтервалі частот. Це означає, що зі збільшенням вмісту ВаТіО3 до 75% (мас.) Rреакт та Rуяв в досліджувальному діапазоні частот зростають, бо домени ВаТіО3 можуть сприяти поляризаційним ефектам ПАн у електричному полі, завдяки чому вклад індуктивної складової опору суттєвий. На відміну від Пан, для систем ПАн―BaTiO3 в області частот 30 000―50 000 Гц опір практично незмінний і складає відповідно 224 і 2025 Ом, а Rуяв збільшується від 10 до 30 Ом. Аналізуючи форму і положення кривих залежностей Rреакт = f(ω) для композитів ПАн―BaTiO3, можна зробити висновок про суттєвий вплив природи сегнетоелектрика і доменної структури ВаТіО3 на провідність. Вплив проявляється в позитивному абсолютно високому значенні Rуяв на відміну від композита ПАн―ТіО2 [6] з напівпро- відниковою оксидною фазою, значний вклад в опір якого вносить ємністна складова (Rуяв < 0). Композит ПАн + 75% (мас.) ВаТіО3 виявляє практично незмінність реактивного опору в інтервалі частот 0,1―50 000 Гц. В табл. 2 подано електрофізичні характеристики композитів ПАн―BaTiO3. 104 Композити, особливо ПАн―75% (мас.) ВаTiO3, мають високу пористість і низьку на два порядки провідність в порівнянні з ПАн. З метою одержання нанокомпозитів з мінімальною пористістю порошки ПАн і ПАн―75% (мас.) ВаTiO3 пресували при різному тиску (8―800 MПа). Результати наведено у табл. 3. З наведених даних випливає, що із збільшенням концентрації порошку ВаTiO3 спостерігаються підвищення пористості нанокомпозитів на основі ПАн і одночасно суттєве зниження їх провідності, а також що максимальну щільність для нанокомпозита можна досягти при тиску 800 МПа. Пористість нанокомпозитів при збільшенні тиску вище за 500 МПа практично не змінюється. В процесі пресування нанокомпозита з’являється можливість одержання нанокомпозитів ПАн―BaTiO3 із заданою пористістю і діелектричною проникністю, що досить важливо для створення матеріалів з високими діелектричними властивостями. Для дослідження впливу тиску при пресуванні нанопорошків та їх пористості на ε композита проводили експерименти на зразках ПАн―75% (мас.) BaTiO3 в iнтервалі частот 50 Гц―36 МГц (рис. 2). Видно, щo для зразків ПАн―75% (мас.) BaTiO3 із зменшенням пористості з 37 до 22% ε композита підвищується у всьому інтервалі досліджених частот і при 50 кГц відповідно становить 100 і 330. При збільшенні частоти електричного поля різниця в значеннях ε нанокомпо- зитів із різною пористістю зменшується і при 36 МГц вона набуває практично одного і того ж значення (10). Таким чином, у роботі досліджено вплив концентрації сегнетоелектрика на електрофізичні характеристики композитів. Встановлено, що iз збільшенням вмісту ВаTiO3 до 75% (мас.) в нанокомпозиті провідність зменшується на два порядки на відміну від ПАн, а максимальне значення ε досягає 330 на частоті 50 кГц. Визначено, що одним із важливих параметрів структури нанокомпозитів ПАн―ВаTiO3 Т а б л и ц я 2. Електрофізичні характеристики ПАн і нанокомпо- зитів на його основі з різним вмістом ВаTiO3 Композит Пористість, % Rреакт, Oм ρ, Oм·cм σ, Ом-1·см-1 ПАн ПАн―50% (мас.) ВаTiO3 ПАн―75% (мас.) ВаTiO3 6 18 28 24 224 2025 13 143 1389 0,07 0,0068 0,00072 Т а б л и ц я 3. Щільність композита ПАн―75% (мас.) ВаTiO3 в залежності від тиску пресування Р, MПа h, cм ρексп, г/cм3 Пористість, % 80 240 400 560 800 0,51 0,445 0,422 0,42 0,4165 2,25 2,6 2,75 2,76 2,81 37 28 24 24 22 105 Рис. 2. Залежність ε компо- зита ПАн―75% (мас.) BaTiO3 від частоти елек- тричного поля ω під тиском пресування (МПа): 1 ― 80; 2 ― 240; 3 ― 400; 4 ― 560; 5 ― 800. є пористість, яка визначає їх електричні властивості. Завдяки комплексу елек- тричних властивостей нанокомпозити поліанілі- ну з ВаTiO3 можуть бути використані при розробці електричних, піроелектричних перетворювачів, газових сенсорів. log ω, Гц Висновки Дослідження частотної залежності реактивного опору нанокомпозитів ПАн―ВаTіО3 дозволило визначити вклад індукційної і ємностної складових реактивного опору в загальний опір в залежності від хімічного складу композита. Досліджено вплив вмісту нанопорошку сегнето- електрика ВаТiO3 на електрофізичні характеристики нанокомпозитів. Встановлено, що із збільшенням концентрації ВаТiO3 до 75% (мас.). провідність зменшується з 10-3 до 10-4 Ом-1·см-1. Проведено дослідження впливу тиску пресування від 80 до 800 МПа на пористість і електрофізичні характеристики нанокомпозитів. Показано, що мінімальна пористість для ПАн досягається вже при 240 МПа, а для нанокомпозитів пористість практично не змінюється при 800 МПа. При тиску 800 МПа ε композита ПАн―ВаТiO3 досягає 330, в той час як пористість зменшується тільки в 1,7 рази. Синтезовані нанокомпозити поліаніліну з титанатом барію можуть бути застосовані при розробці газових сенсорів і каталітично- активних матеріалів. 1. Барфут Дж., Тейлор Дж. Полярные диэлектрики и их применение. ― М.: Мир, 1981. ― 526 c. 2. Zang S. B., Das-Gupta D. K. Pyroelectricity: Fundamentals and аpplication // Ferroelectrics Rev. ― 2000. ― 2. ― P. 217―254. 3. Sonani P., Kale B. B., Amalnerker D. P. Charge transport mechanism and the effect of polying on the carrent-voltage characteristic of conducting polyaniline ― BaTiO3 composites // Synth. Met. ― 1999. ― 106. ― P. 53―58. 4. Yie J., Choi G. Percolation behaviour of conducting-insulator composites // J. Electro- ceramics. ― 1999. ― No. 3―4. ― P. 361―369. 5. Heeger A. J. Semiconducting and metallic polymers: The fourth generation of poly- meric materials // J. Phys. Chem. ― 2001. ― B105, No. 36. ― P. 8475―8491. 6. Загорный М. Н., Лобунец Т. Ф. Формирование оксидсодержащих композитов на основе полианилина // Современные проблемы физического материаловедения. ― К.: Ин-т пробл. материаловедения НАН Украины. ― 2007. ― Вып. 16. ― С. 64―68. 7. Загорный М. Н., Жигоцкий А. Г., Лашкарев и др. Синтез текстурированного полианилина в присутствии органических и неорганических допантов различного химического состава // Наноструктурное материаловедение. ― 2008. ― № 1. ― C. 14―19. 106

Similar Items