Вплив анізометричних нанонаповнювачів на структуру та властивості полімерних електролітів на основі поліпропіленгліколю
Використовуючи методи рентґеноструктурної аналізи, диференціяльної сканівної кальориметрії та імпедансної спектроскопії виконано дослідження структури та властивостей полімерних електролітів на основі поліпропіленгліколю (ППГ), LiClO₄ та анізометричних нанонаповнювачів. Показано, що структура систем...
Saved in:
| Published in: | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
2010
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/73139 |
| 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: | Вплив анізометричних нанонаповнювачів на структуру та властивості полімерних електролітів на основі поліпропіленгліколю / Е.А. Лисенков, Ю.П. Гомза, В.В. Давиденко, В.В. Клепко, М.А. Рехтета, Ю.А. Куницький, І.М. Шабельник // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2010. — Т. 8, № 3. — С. 691-700. — Бібліогр.: 24 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860202516160970752 |
|---|---|
| author | Лисенков, Е.А. Гомза, Ю.П. Давиденко, В.В. Клепко, В.В. Рехтета, М.А. Куницький, Ю.А. Шабельник, І.М. |
| author_facet | Лисенков, Е.А. Гомза, Ю.П. Давиденко, В.В. Клепко, В.В. Рехтета, М.А. Куницький, Ю.А. Шабельник, І.М. |
| citation_txt | Вплив анізометричних нанонаповнювачів на структуру та властивості полімерних електролітів на основі поліпропіленгліколю / Е.А. Лисенков, Ю.П. Гомза, В.В. Давиденко, В.В. Клепко, М.А. Рехтета, Ю.А. Куницький, І.М. Шабельник // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2010. — Т. 8, № 3. — С. 691-700. — Бібліогр.: 24 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| description | Використовуючи методи рентґеноструктурної аналізи, диференціяльної сканівної кальориметрії та імпедансної спектроскопії виконано дослідження структури та властивостей полімерних електролітів на основі поліпропіленгліколю (ППГ), LiClO₄ та анізометричних нанонаповнювачів. Показано, що структура систем на основі ППГ істотно залежить від вмісту та природи нанонаповнювача. Встановлено, що при вмісті 1% лапоніту в системі спостерігається екстремальна поведінка теплофізичних та діелектричних характеристик. Доведено, що в полімерних електролітах на основі ППГ—LiClO₄ та КНР мають місце два типи провідности – йонна та електронна.
The structure and properties of polymer electrolytes based on polypropylene glycol (PPG), LiClO₄ and anisometric nanofillers are studied using x-ray diffraction, differential scanning calorimetry, and impedance spectroscopy. As shown, the structure and properties of polymer electrolytes based on PPG substantially depend on the nature and content of nanofiller. As revealed, the thermal and dielectric properties of a system filled with 1% of laponite demonstrate extreme behaviour. There are two types of the conductivity (ionic and electronic) in the polymer electrolytes based on PPG—LiClO₄ and CNT.
Используя методы рентгеноструктурного анализа, дифференциальной сканирующей калориметрии и импедансной спектроскопии выполнены исследования структуры и свойств полимерных электролитов на основе полипропиленгликоля (ППГ), LiClO₄ и анизометрических нанонаполнителей. Показано, что структура систем на основе ППГ существенно зависит от содержания и природы нанонаполнителя. Установлено, что при содержании 1% лапонита в системе наблюдается экстремальное поведение теплофизических и
диэлектрических характеристик. Доказано, что в полимерных электролитах на основе ППГ—LiClO₄ и КНР имеют место два типа проводимости – ионная и электронная.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:10:57Z |
| format | Article |
| fulltext |
691
PACS numbers: 61.05.cf, 62.23.Pq,64.75.Va,72.22.-d,77.84.Lf,81.70.Pg, 82.35.Np
Вплив анізометричних нанонаповнювачів на структуру
та властивості полімерних електролітів
на основі поліпропіленгліколю
Е. А. Лисенков, Ю.П. Гомза, В. В. Давиденко, В. В. Клепко,
М. А. Рехтета
*, Ю. А. Куницький
**, І. М. Шабельник**
Інститут хімії високомолекулярних сполук НАН України,
Харківське шосе, 48,
02160 Київ, Україна
*Миколаївський національний університет ім. В. О. Сухомлинського,
вул. Нікольська, 24,
54030 Миколаїв, Україна
**Технічний центр НАН України,
вул. Покровська, 13,
04070 Київ, Україна
Використовуючи методи рентґеноструктурної аналізи, диференціяльної
сканівної кальориметрії та імпедансної спектроскопії виконано досліджен-
ня структури та властивостей полімерних електролітів на основі поліпропі-
ленгліколю (ППГ), LiClO4 та анізометричних нанонаповнювачів. Показано,
що структура систем на основі ППГ істотно залежить від вмісту та природи
нанонаповнювача. Встановлено, що при вмісті 1% лапоніту в системі спо-
стерігається екстремальна поведінка теплофізичних та діелектричних ха-
рактеристик. Доведено, що в полімерних електролітах на основі ППГ—
LiClO4 та КНР мають місце два типи провідности – йонна та електронна.
The structure and properties of polymer electrolytes based on polypropylene
glycol (PPG), LiClO4 and anisometric nanofillers are studied using x-ray dif-
fraction, differential scanning calorimetry, and impedance spectroscopy. As
shown, the structure and properties of polymer electrolytes based on PPG sub-
stantially depend on the nature and content of nanofiller. As revealed, the
thermal and dielectric properties of a system filled with 1% of laponite demon-
strate extreme behaviour. There are two types of the conductivity (ionic and
electronic) in the polymer electrolytes based on PPG—LiClO4 and CNT.
Используя методы рентгеноструктурного анализа, дифференциальной ска-
нирующей калориметрии и импедансной спектроскопии выполнены иссле-
дования структуры и свойств полимерных электролитов на основе полипро-
пиленгликоля (ППГ), LiClO4 и анизометрических нанонаполнителей. Пока-
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies
2010, т. 8, № 3, сс. 691—700
© 2010 ІМФ (Інститут металофізики
ім. Г. В. Курдюмова НАН України)
Надруковано в Україні.
Фотокопіювання дозволено
тільки відповідно до ліцензії
692 Е. А. ЛИСЕНКОВ, Ю.П. ГОМЗА, В. В. ДАВИДЕНКО та ін.
зано, что структура систем на основе ППГ существенно зависит от содержа-
ния и природы нанонаполнителя. Установлено, что при содержании 1% ла-
понита в системе наблюдается экстремальное поведение теплофизических и
диэлектрических характеристик. Доказано, что в полимерных электроли-
тах на основе ППГ—LiClO4 и КНР имеют место два типа проводимости –
ионная и электронная.
Ключові слова: полімерні електроліти, поліпропіленгліколь, лапоніт, імпе-
дансна спектроскопія, диференціяльна сканівна кальориметрія.
(Отримано 1 вересня 2010 р.)
1. ВСТУП
Бурхливий розвиток йонних пристроїв сприяє зростанню інтересу
до розроблення нових полімерних електролітів (ПЕ) з покращени-
ми властивостями [1]. Досліджено багато різних йон-провідних по-
лімерних матеріялів, які можуть бути використані в якості елект-
ролітів [2—4]. Найбільш перспективним полімером є поліетиленок-
сид (ПЕО), який має високу густину полярних груп. Відомо, що
ПEO здатний сольватувати неорганічні солі і при цьому мати йонну
провідність 10
−4—10
−7
См/см за кімнатної температури [4]. Однак,
оскільки транспорт зарядів через електроліт відбувається переваж-
но в аморфній фазі, то в кристалічному стані системи ПЕО—сіль ма-
ють дуже низьку провідність (10
−8
См/см) [4, 5]. Для вирішення да-
ної проблеми були запропоновані різні методи. Одна з них — це до-
давання до електроліту на основі ПЕО різного роду рідких пласти-
фікаторів [6, 7]. Хоча таким чином можна збільшити провідність за
кімнатної температури на декілька порядків, проте висока реакти-
вна здатність пластифікатора по відношенню до електроди призво-
дить до її руйнування. Інша метода – використання полімерних
матриць, здатних сольватувати неорганічні солі. Як одну з таких
матриць використовують поліпропіленгліколь (ППГ), який за сво-
єю природою є аморфним. Але, полімерні електроліти на основі
ППГ та неорганічних солей мають провідність на декілька порядків
нижчу, ніж електроліти на основі ПЕО [8—10].
Перспективною методою модифікації полімерного електроліту є
введення неорганічних наповнювачів, зокрема нанорозмірних час-
тинок оксидів, як, наприклад, SiO2 або Al2O3 [11—14]. Введення на-
ночастинок оксидів у полімер призводить до зростання провіднос-
ти, катіонного транспорту та міжфазної стабільности на межі елек-
трода—електроліт [15]. Перспективним, для вирішення даної про-
блеми є використання анізометричних нанонаповнювачів (органог-
лини, карбонанотрубки, нановолокна), завдяки тому що їх вплив
виявляється при дуже малих концентраціях. Проте процеси струк-
туроутворення та властивості систем на основі ППГ та анізометрич-
ВПЛИВ НАПОВНЮВАЧІВ НА СТРУКТУРУ ТА ВЛАСТИВОСТІ ЕЛЕКТРОЛІТІВ 693
них нанонаповнювачів недостатньо вивчені.
Тому, метою даної роботи є встановлення природи впливу анізо-
метричного нанонаповнювача на структуру та властивості полімер-
ного електроліту на основі поліпропіленгліколю.
2. ОБ’ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ
Для дослідження використовували нанокомпозитні полімерні еле-
ктроліти на основі ППГ, LiClO4 та анізометричних нанонаповнюва-
чів – органомодифікованого лапоніту та карбонанорурок (КНР).
Поліпропіленгліколь Mw = 400, виробництва компанії Aldrich, був
обраний полімерною матрицею. Перед використанням полімер зне-
воднювали нагріванням у вакуумі на протязі 2—6 годин при 80—100°С
при залишковому тиску 300 Па. Перед розчиненням перхльорат лі-
тію (LiClO4, виробництва компанії Aldrich) сушився у вакуумі протя-
гом доби при температурі 80°С. Після висушування сіль розчиняли в
полімері при кімнатній температурі. Для розчинення солей, концен-
трація яких була більша за 10 мас.%, розчин нагрівали до 80°С.
Лапоніт (Laponite-RD Southern Clay Products) використовували
як наповнювач без попереднього очищення. Для полегшення пере-
воду лапоніту в органоформу, останній заздалегідь переводили в
натрійову форму шляхом п’ятикратного оброблення водної диспер-
сії мінералу (0,1 моль/л) розчином хльориду натрію. Потім мінерал
відділяли від оброблюваного розчину центрифуґуванням з подаль-
шим відмиванням від хльориду натрію до неґативної реакції на
хльор-йон з азотнокислим сріблом.
Для одержання органомодифікованого лапоніту, одержаний та-
ким чином натрійовий лапоніт, обробляли стехіометричною кількіс-
тю органічної солі, зокрема, гексадецилтриметиламонійбромідом
(виробництва компанії Merck), при температурі 75°С протягом 24
годин. Рихлий осад гексадецилтриметиламонійового лапоніту кон-
центрували на центрифузі і піддавали сублімаційному сушінню для
збереження його високої дисперсности і здатности дисперґувати в
органічних середовищах.
Багатошарові КНР виробництва ВАТ «Спецмаш» (Україна) виго-
товлено методою CVD при вмісті мінеральних домішок 0,1% [16].
Питома поверхня – 190 м
3/г, зовнішній діяметер – 40 нм, довжи-
на – 5—10 мкм. Нанокомпозитні полімерні електроліти готували
методою змішування в розтопі за допомогою ультразвукового дис-
перґатора УЗН 22/44.
Для встановлення впливу наповнювача на структуру полімерної
матриці в області малих (до 4 нм) просторових впорядкованостей
застосовували методу ширококутного розсіяння Рентґенових про-
менів (ШКРР). Використовували CuKα-випромінення з довжиною
хвилі λ = 0,154 нм. Теплофізичні дослідження виконували в сухій
694 Е. А. ЛИСЕНКОВ, Ю.П. ГОМЗА, В. В. ДАВИДЕНКО та ін.
атмосфері повітря в інтервалі температур від −90°С до 30°С при
швидкості нагрівання 5 К/хв. методою модульованої диференція-
льної сканівної кальориметрії ДСК на приладі Q2000 TA Instr-
?ment. Дослідження діелектричних властивостей виконували ме-
тодою імпедансної спектроскопії, реалізованої на базі імпедансмет-
ра Z-2000. Зразок розташовували між електродами комірки, при
цьому вимірювали його дійсну (Z′) та уявну (Z″) частини імпедансу.
Виміри виконували в температурному інтервалі від 0°С до 40°С і ча-
стотному діяпазоні 1 Гц—2 МГц. Постійний проміжок між електро-
дами становив 0,11 мм.
3. РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ
На рисунку 1 наведено залежність провідности при постійному
струмі від концентрації солі за різних температур для полімерного
електроліту ППГ—LiClO4. Видно, що провідність суттєво збільшу-
ється зі зростанням температури. Це пов’язано зі збільшенням рух-
ливости сеґментів полімерного ланцюга. В області низьких концен-
трацій солі та низьких температур провідність монотонно зростає,
досягаючи максимуму при вмісті LiClO4 1 моль/кг.
Збільшення провідности електроліту в цьому концентраційному
діяпазоні пов’язано зі зростанням кількости носіїв заряду. Після
досягнення максимуму провідність системи ППГ—LiClO4 знижуєть-
ся з подальшим збільшенням вмісту солі. Таке зниження провідно-
сти пояснюється утворенням йонних асоціятів: відокремлених роз-
чинником йонних пар, контактних йонних пар, триплетних йонних
кластерів та аґреґатів вищих порядків [17]. Отже, для подальших
Рис. 1. Залежність провідности при постійному струмі від концентрації
солі для електроліту ППГ—LiClO4 за відповідних температур.
ВПЛИВ НАПОВНЮВАЧІВ НА СТРУКТУРУ ТА ВЛАСТИВОСТІ ЕЛЕКТРОЛІТІВ 695
досліджень було обрано полімерний електроліт з вмістом LiClO4 1
моль/кг, який показав максимальну провідність. При даній конце-
нтрації на кожні 20 мономерних ланок полімера припадає 1 катіон
Li+, тобто співвідношення [О/Li] = 20:1.
На рисунку 2 наведено дані ширококутного розсіяння Рентґено-
вих променів для електролітів на основі ППГ—LiClO4 та ОЛП. Вид-
но, всі досліджувані системи є аморфними. Зі збільшенням вмісту
ОЛП профіль розсіяння модифікується, зростає інтенсивність роз-
сіяння в малокутній області дифрактограми. Це свідчить про зрос-
тання дифузного розсіяння, джерелом якого є розупорядкований
матеріял. На = θ
0
/ (2 )I I f кривих в області кутів ∼ 5° не спостеріга-
ються дифракційні піки, які відповідають за міжплощинну віддаль
ОЛП. Це може бути опосередкованим свідченням ексфоліяції ша-
руватого силікатного наповнювача у матриці ППГ—LiClO4 [18].
Розміри зони кореляції для аморфних систем можна розрахувати
використовуючи формулу Шеррера [19]. У таблиці 1 наведено зна-
чення півширин та розраховані розміри зони кореляції для систем
на основі ППГ—LiClO4:
λ=
β θcos m
k
L , (1)
де β – кутове розширення дифракційного максимуму (у радіянах),
яке, зазвичай, визначається як ширина максимуму на половині йо-
го висоти («півширина» максимуму) після попереднього вираху-
вання фонового розсіяння; k – коефіцієнт, залежний від форми зо-
ни кореляції (якщо форма невідома, то k = 0,9) [19].
Рис. 2. Ширококутні дифрактограми електролітів на основі ППГ—LiClO4,
наповнених лапонітом. Вміст наповнювача: 1 – 0%, 2 – 0,5%, 3 – 1%, 4
– 1,5%, 5 – 5%.
696 Е. А. ЛИСЕНКОВ, Ю.П. ГОМЗА, В. В. ДАВИДЕНКО та ін.
З рисунка 2 видно, що кутове положення максимуму аморфного
розсіяння ППГ практично не змінюється. Його півширина, у випа-
дку наповнення ОЛП систематично зменшується зі збільшенням
вмісту нанонаповнювача від 10,9° до 8,6°, що відповідає збільшен-
ню зони кореляції від 0,7 нм до 1,0 нм (табл. 1). Даний факт є свід-
ченням додаткового льокального структурування аморфного мате-
ріялу полімерної матриці під впливом пласкої поверхні нанонапов-
ТАБЛИЦЯ 1. Значення півширин та розмірів зон кореляції для елект-
ролітів на основі ППГ—LiClO4.
ППГ—LiClO4 β, ° (±0,1°) θm, ° (±0,1°) L, нм (±0,05 нм)
0% ОЛП 10,9 19,7 0,75
0,5% ОЛП 10,1 19,8 0,85
1% ОЛП 9,6 19,8 0,90
1,5% ОЛП 9,3 19,9 0,90
5% ОЛП 8,6 19,9 1,00
Рис. 3. Термограми ДСК електролітів на основі ППГ—LiClO4, наповнених ла-
понітом. Вміст наповнювача: 1 – 0%, 2 – 0,5%, 3 – 1%, 4 – 1,5%, 5 – 5%.
ТАБЛИЦЯ 2. Теплофізичні характеристики поліелектролітів на основі
ППГ—LiClO4.
ППГ—LiClO4 Тg, °C ΔCp, Дж/ (г⋅°C) ΔHg, Дж/г Тll, °C ΔHll, Дж/г
0% ОЛП −59,37 0,6884 2,692 −26,00 0,7451
0,5% ОЛП −64,94 0,6407 3,006 −26,33 0,9074
1% ОЛП −63,37 0,5846 2,799 −25,99 0,7143
1,5% ОЛП −63,35 0,6573 3,141 −26,45 0,9704
5% ОЛП −63,08 0,5873 2,735 −26,51 0,4876
ВПЛИВ НАПОВНЮВАЧІВ НА СТРУКТУРУ ТА ВЛАСТИВОСТІ ЕЛЕКТРОЛІТІВ 697
нювача. Подібна поведінка спостерігалася для системи ПЕГ-300,
наповненої органомодифікованим монтморилонітом [20]. Вона по-
яснюється обмеженням рухливости полімерних ланцюгів під впли-
вом розвиненої поверхні шаруватого силікатного наповнювача.
На рисунку 3 представлено дані ДСК для електролітів на основі
ППГ—LiClO4 та ОЛП в температурному інтервалі від −90 до 30°С.
Видно, що всі досліджувані системи є аморфними, а на кривих ДСК
спостерігається два температурних переходи. Перехід розсклуван-
ня відбувається в температурному інтервалі −76—−73°С з наявністю
надлишкової ентальпії. При подальшому нагріванні спостерігаєть-
ся так званий ll-перехід (перехід рідина—рідина), що відбувається в
температурному інтервалі −25—−10°С [21].
Введення нанорозмірних наповнювачів у ППГ—LiClO4, призво-
дить до зміни теплофізичних характеристик даних систем. З ростом
вмісту ОЛП спостерігається зменшення ентальпії при ll-переході та
зсув температур склування. Зміну теплофізичних характеристик
залежно від вмісту наповнювача наведено в табл. 2.
На рисунку 4 показано залежність провідности при постійному
струмі від температури для полімерних електролітів на основі
ППГ—LiClO4. Цю залежність можна описати за допомогою емпірич-
ного рівнання Вогеля—Таммана—Фальчера (ВТФ) [22]:
σ = σ − −
0
0
exp .
dc
B
T T
(2)
де В – енергія псевдоактивації даного полімера, що визначається
часткою вільного об’єму, характерного для даного полімера; Т0 –
температура Вогеля (температура такого стану полімера, в якому
частка вільного об’єму дорівнює нулю); σ0 – провідність при пос-
тійному струмі за умови T → T0.
Розрахункові параметри для температурних залежностей прові-
дности, апроксимованих рівнанням ВТФ наведено в табл. 3. З таб-
лиці видно, що при вмісті наповнювача в електроліті 1%, парамет-
ри виявляють екстремальну поведінку. Так, за даної концентрації
ОЛП, енергія псевдоактивації має мінімальне значення, а Т0 – ма-
ксимальне. Ці дані корелюють з результатами теплофізичних дос-
ліджень, згідно з якими при вмісті 1% наповнювача, стрибок теп-
ломісткости при склуванні також має мінімальне значення. Така
зміна поведінки параметрів, на нашу думку, обумовлена впливом
поверхні наповнювача на досліджувані теплофізичні та діелектри-
чні характеристики.
При вмісті ОЛП < 1%, наявність розвинутої поверхні наповню-
вача утруднює процеси теплового руху молекуль полімерної матри-
ці і, тим самим, впливає на її властивості. При концентрації ОЛП
∼ 1%, утворюється сітка, подібна до перколяційної сітки у карбо-
698 Е. А. ЛИСЕНКОВ, Ю.П. ГОМЗА, В. В. ДАВИДЕНКО та ін.
нанотрубок [20]. При вмісті наповнювача більшому ніж 1%, плас-
тинки ОЛП починають утворювати аґреґати (можливо незмочувані
матрицею), що призводить до зменшення поверхні наповнювача,
яка здатна до взаємодії з матрицею. З ростом концентрації напов-
нювача вище величини порогу перколяції теплофізичні та діелект-
ричні характеристики композицій змінюються практично до вели-
чин, що відповідають ненаповненій матриці ППГ—LiClO4.
Для оцінки параметрів фрагільности D і вільного об’єму fg чисто-
го та наповненого ППГ, використовували підхід, запропонований в
[23]. Використовуючи вирази: =
0
/D B T і = −
0
( ) /g gf T T B (Tg –
температура склування), були розраховані параметри D та fg. За
Рис. 4. Залежність провідности σdc при постійному струмі від температури
для полімерних електролітів на основі ППГ—LiClO4: – – ППГ + LiClO4;
– – ППГ + LiClO4 + 0,5% ОЛП; – – ППГ + LiClO4 + 1% ОЛП; – –
ППГ + LiClO4 + 1,5% ОЛП; – – ППГ + LiClO4 + 5% ОЛП.
ТАБЛИЦЯ 3. Розрахункові параметри для залежностей σ(T), апроксимова-
них рівнанням ВТФ та значення D, fg для електролітів на основі ППГ—
LiClO4.
ППГ—LiClO4 σ0⋅10
−3, Cм/см Ea/kB, К Т0, К D fg, %
0% ОЛП 43 538 205 2,6 1,6
0,5% ОЛП 70 609 199 3,0 1,4
1% ОЛП 5 375 206 1,2 0,9
1,5% ОЛП 6 446 203 1,6 1,7
5% ОЛП 570 1043 177 5,9 3,1
ВПЛИВ НАПОВНЮВАЧІВ НА СТРУКТУРУ ТА ВЛАСТИВОСТІ ЕЛЕКТРОЛІТІВ 699
класифікацією, запропонованою Енжелом [24], цю систему можна
віднести до «фрагільних», що свідчить про значний вплив вільного
об’єму на процеси переносу заряду в системі. Аналіза параметрів D
та fg (табл. 3), дозволяє зробити висновок, що при вмісті 1% ОЛП в
полімерному електроліті, вони виявляють екстремальну поведінку.
Цей факт є ще одним свідченням впливу поверхні наповнювача на
властивості даної системи.
На рисунку 5, а зображені залежності провідности при постійно-
му струмі в Арреніюсових координатах для полімерних електролі-
тів на основі ППГ—LiClO4 та КНР. З рисунка видно, що зі збільшен-
ням вмісту наповнювача провідність електроліту поступово зрос-
тає. Для з’ясування внеску провідности КНР у загальну провідність
системи із кривих на рис. 5, а, вирахували провідність ненаповне-
ного ПЕ. Результати віднімання зображені на рис. 5, б. Видно, що
при введенні максимального вмісту КНР 1,5%, провідність системи
зростає приблизно на половину порядку при високих температурах
та на півтора порядку – при низьких. Хоча КНР і мають електрон-
ну провідність, проте її внесок у загальну провідність незначний.
Значне збільшення провідности, на нашу думку, відбувається за
рахунок утворення додаткових (провідних) каналів транспорту йо-
нів, які утворюються навколо КНР. Отже, в полімерних електролі-
тах на основі ППГ—LiClO4 та КНР присутні 2 типи провідності –
йонна та електронна.
4. ВИСНОВКИ
Введення нанорозмірних наповнювачів призводить до льокального
структурування аморфного матеріялу полімерної матриці під впли-
а б
Рис. 5. Залежність провідности при постійному струмі від температури
для електролітів на основі ППГ—LiClO4, наповнених КНР (а) та результат
віднімання провідности ненаповненого ПЕ (б). Вміст наповнювача: 1 –
0%, 2 – 0,1%, 3 – 0,5%, 4 – 1%, 5 – 1,5%.
700 Е. А. ЛИСЕНКОВ, Ю.П. ГОМЗА, В. В. ДАВИДЕНКО та ін.
вом розвиненої поверхні ОЛП. Використання нанонаповнювачів з
анізометрією форми (ОЛП, КНР) призводить до суттєвого впливу на
процеси структуроутворення в полімерних композитах. Встановле-
но, що під час приготування нанокомпозитів відбувається ексфолі-
яція ОЛП. Введення нанорозмірних наповнювачів у ППГ, призво-
дить до екстремальної зміни теплофізичних та діелектричних ха-
рактеристик даних систем. Показано, що в системах ППГ—LiClO4 та
КНР мають місце два типи провідности – йонна та електронна.
Автори висловлюють щиру подяку співробітникам інституту бі-
околоїдної хімії НАН України М. І. Лебовці та Ю. П. Бойку за на-
дані зразки модифікованого лапоніту, а також корисну дискусію.
ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
1. J. M. Tarascon and M. Armand, Nature, 414: 359 (2001).
2. P. V. Wright, Br. Polym. J., 7: 319 (1975).
3. D. Baril, C. Michot, and M. Armand, Solid State Ionics, 94: 35 (1997).
4. F. M. Gray, Polymer Electrolytes (Letchworth: The Royal Society of Chemistry:
1997).
5. F. M. Gray and M. Armand, Energy Storage Systems for Electronics (Amsterdam:
Gordon & Breach Sci. Publ.: 2000).
6. G. B. Appetecchi, G. D. Dautzemberg, and B. Scrosati, J. Electrochem. Soc., 143:
6 (1996).
7. P. P. Prosini and S. Passerini, Solid State Ionics, 146: 65 (2002).
8. A. Webber, J. Electrochem. Soc., 138: 2586 (1991).
9. P. Johansson and P. Jacobsson, Electrochim Acta, 46: 1545 (2001).
10. T. Mizumo and H. Ohno, Polymer, 45: 861 (2004).
11. F. Croce, G. B. Appetecchi, L. Persi, and B. Scrosati, Nature, 394: 456 (1998).
12. G. B. Appetecchi, F. Croce, L. Persi, F. Ronci, and B. Scrosati, Electrochim. Acta,
45: 1481 (2000).
13. B. Kumar and L. G. Scanlon, J. Power Sources, 52: 261 (1994).
14. Q. Quartarome, P. Mustarelli, and A. Magistris, Solid State Ionics, 110: 1 (1998).
15. B. Kumar and L. G. Scanlon, J. Electroceramics, 5: 127 (2000).
16. А. В. Малежик, Ю. И. Семенцов, В. В. Янченко, Прикладная химия, 78: 938
(2005).
17. Е. А. Лисенков, В. В. Клепко, Наукові вісті НТТУ «КПІ», 3: 88 (2010).
18. Е. А. Лисенков, Ю. П. Гомза, В. В. Клепко, Ю. А. Куницький, Л. Ю. Куниць-
ка, Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології, 8, № 3: 675 (2010).
19. А. Гинье, Рентгенография кристаллов. Теория и практика (Москва: Физма-
тгиз: 1961).
20. Е. А. Лисенков, Ю. П. Гомза, В. В. Давиденко, В. В. Клепко, Полімерний жу-
рнал, 32, № 2: 99 (2010).
21. В. А. Берштейн, В. М. Егоров, Дифференциальная сканирующая калоримет-
рия в физико-химии полимеров (Ленинград: Химия: 1990).
22. F. M. Gray, Solid Polymer Electrolytes: Fundamentals and Technological Appli-
cations (New York: VCH: 1991).
23. C. A. Angell, C. T. Imrie, M. D. Ingram, Polymer Int., 47: 9 (1998).
24. C. A. Angell, J. Non-Cryst. Solids, 131—132: 13 (1991).
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-73139 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1816-5230 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:10:57Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Лисенков, Е.А. Гомза, Ю.П. Давиденко, В.В. Клепко, В.В. Рехтета, М.А. Куницький, Ю.А. Шабельник, І.М. 2015-01-05T15:07:21Z 2015-01-05T15:07:21Z 2010 Вплив анізометричних нанонаповнювачів на структуру та властивості полімерних електролітів на основі поліпропіленгліколю / Е.А. Лисенков, Ю.П. Гомза, В.В. Давиденко, В.В. Клепко, М.А. Рехтета, Ю.А. Куницький, І.М. Шабельник // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2010. — Т. 8, № 3. — С. 691-700. — Бібліогр.: 24 назв. — укр. 1816-5230 PACS numbers: 61.05.cf, 62.23.Pq, 64.75.Va, 72.22.-d, 77.84.Lf, 81.70.Pg, 82.35.Np https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/73139 Використовуючи методи рентґеноструктурної аналізи, диференціяльної сканівної кальориметрії та імпедансної спектроскопії виконано дослідження структури та властивостей полімерних електролітів на основі поліпропіленгліколю (ППГ), LiClO₄ та анізометричних нанонаповнювачів. Показано, що структура систем на основі ППГ істотно залежить від вмісту та природи нанонаповнювача. Встановлено, що при вмісті 1% лапоніту в системі спостерігається екстремальна поведінка теплофізичних та діелектричних характеристик. Доведено, що в полімерних електролітах на основі ППГ—LiClO₄ та КНР мають місце два типи провідности – йонна та електронна. The structure and properties of polymer electrolytes based on polypropylene glycol (PPG), LiClO₄ and anisometric nanofillers are studied using x-ray diffraction, differential scanning calorimetry, and impedance spectroscopy. As shown, the structure and properties of polymer electrolytes based on PPG substantially depend on the nature and content of nanofiller. As revealed, the thermal and dielectric properties of a system filled with 1% of laponite demonstrate extreme behaviour. There are two types of the conductivity (ionic and electronic) in the polymer electrolytes based on PPG—LiClO₄ and CNT. Используя методы рентгеноструктурного анализа, дифференциальной сканирующей калориметрии и импедансной спектроскопии выполнены исследования структуры и свойств полимерных электролитов на основе полипропиленгликоля (ППГ), LiClO₄ и анизометрических нанонаполнителей. Показано, что структура систем на основе ППГ существенно зависит от содержания и природы нанонаполнителя. Установлено, что при содержании 1% лапонита в системе наблюдается экстремальное поведение теплофизических и
 диэлектрических характеристик. Доказано, что в полимерных электролитах на основе ППГ—LiClO₄ и КНР имеют место два типа проводимости – ионная и электронная. Автори висловлюють щиру подяку співробітникам інституту біоколоїдної хімії НАН України М.І. Лебовці та Ю.П. Бойку за надані зразки модифікованого лапоніту, а також корисну дискусію. uk Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Вплив анізометричних нанонаповнювачів на структуру та властивості полімерних електролітів на основі поліпропіленгліколю Article published earlier |
| spellingShingle | Вплив анізометричних нанонаповнювачів на структуру та властивості полімерних електролітів на основі поліпропіленгліколю Лисенков, Е.А. Гомза, Ю.П. Давиденко, В.В. Клепко, В.В. Рехтета, М.А. Куницький, Ю.А. Шабельник, І.М. |
| title | Вплив анізометричних нанонаповнювачів на структуру та властивості полімерних електролітів на основі поліпропіленгліколю |
| title_full | Вплив анізометричних нанонаповнювачів на структуру та властивості полімерних електролітів на основі поліпропіленгліколю |
| title_fullStr | Вплив анізометричних нанонаповнювачів на структуру та властивості полімерних електролітів на основі поліпропіленгліколю |
| title_full_unstemmed | Вплив анізометричних нанонаповнювачів на структуру та властивості полімерних електролітів на основі поліпропіленгліколю |
| title_short | Вплив анізометричних нанонаповнювачів на структуру та властивості полімерних електролітів на основі поліпропіленгліколю |
| title_sort | вплив анізометричних нанонаповнювачів на структуру та властивості полімерних електролітів на основі поліпропіленгліколю |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/73139 |
| work_keys_str_mv | AT lisenkovea vplivanízometričnihnanonapovnûvačívnastrukturutavlastivostípolímernihelektrolítívnaosnovípolípropílenglíkolû AT gomzaûp vplivanízometričnihnanonapovnûvačívnastrukturutavlastivostípolímernihelektrolítívnaosnovípolípropílenglíkolû AT davidenkovv vplivanízometričnihnanonapovnûvačívnastrukturutavlastivostípolímernihelektrolítívnaosnovípolípropílenglíkolû AT klepkovv vplivanízometričnihnanonapovnûvačívnastrukturutavlastivostípolímernihelektrolítívnaosnovípolípropílenglíkolû AT rehtetama vplivanízometričnihnanonapovnûvačívnastrukturutavlastivostípolímernihelektrolítívnaosnovípolípropílenglíkolû AT kunicʹkiiûa vplivanízometričnihnanonapovnûvačívnastrukturutavlastivostípolímernihelektrolítívnaosnovípolípropílenglíkolû AT šabelʹnikím vplivanízometričnihnanonapovnûvačívnastrukturutavlastivostípolímernihelektrolítívnaosnovípolípropílenglíkolû |