Радіаційні пошкодження нанокомпозитів ізотактичного поліпропілену з багатостінними вуглецевими нанотрубками

Досліджено кристалічну структуру, спектри ІЧ-поглинання та фотолюмінесценції композитів ізотактичного поліпропілену з багатостінними вуглецевими нанотрубками з концентраціями від 0,1 до 5,0 ваг.%. Вплив радіаційних пошкоджень на структурування композитів розглянуто при електронному опроміненні (Ее =...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Вопросы атомной науки и техники
Date:	2015
Main Authors:	Пінчук-Ругаль, Т.М., Дмитренко, О.П., Куліш, М.П., Грабовський, Ю.Є., Ничипоренко, О.С., Семенцов, Ю.І., Шлапацька, В.В.
Format:	Article
Language:	Ukrainian
Published:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2015
Subjects:	Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/82433
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:	Радіаційні пошкодження нанокомпозитів ізотактичного поліпропілену з багатостінними вуглецевими нанотрубками / Т.М. Пінчук-Ругаль, О.П. Дмитренко, М.П. Куліш, Ю.Є. Грабовський, О.С. Ничипоренко, Ю.І. Семенцов, В.В. Шлапацька // Вопросы атомной науки и техники. — 2015. — № 2. — С. 10-17. — Бібліогр.: 9 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859786492539305984
author	Пінчук-Ругаль, Т.М. Дмитренко, О.П. Куліш, М.П. Грабовський, Ю.Є. Ничипоренко, О.С. Семенцов, Ю.І. Шлапацька, В.В.
author_facet	Пінчук-Ругаль, Т.М. Дмитренко, О.П. Куліш, М.П. Грабовський, Ю.Є. Ничипоренко, О.С. Семенцов, Ю.І. Шлапацька, В.В.
citation_txt	Радіаційні пошкодження нанокомпозитів ізотактичного поліпропілену з багатостінними вуглецевими нанотрубками / Т.М. Пінчук-Ругаль, О.П. Дмитренко, М.П. Куліш, Ю.Є. Грабовський, О.С. Ничипоренко, Ю.І. Семенцов, В.В. Шлапацька // Вопросы атомной науки и техники. — 2015. — № 2. — С. 10-17. — Бібліогр.: 9 назв. — укр.
collection	DSpace DC
container_title	Вопросы атомной науки и техники
description	Досліджено кристалічну структуру, спектри ІЧ-поглинання та фотолюмінесценції композитів ізотактичного поліпропілену з багатостінними вуглецевими нанотрубками з концентраціями від 0,1 до 5,0 ваг.%. Вплив радіаційних пошкоджень на структурування композитів розглянуто при електронному опроміненні (Ее = 1,8 МеВ) з дозами поглинання 3,0 і 4,0 МГр. Показано, що сенсибілізація поліпропілену нанотрубками сприяє кристалізації композитів і призводить до зміни міжмолекулярної взаємодії. Опромінення складним чином впливає на процеси структурування і деградації композитів, які залежать від вмісту нанотрубок і дози опромінення. Исследована кристаллическая структура, ИК-спектры поглощения и фотолюминесценции композитов изотактического полипропилена с многостенными углеродными нанотрубками с концентрациями 0,1…5,0 вес.%. Влияние радиационных повреждений на структурирование композитов рассмотрено при электронном облучении (Ее = 1,8 МэВ) с дозами поглощения 3,0 и 4,0 МГр. Показано, что сенсибилизация полипропилена нанотрубками способствует кристаллизации композитов и приводит к изменению межмолекулярного взаимодействия. Облучение сложным образом влияет на процессы структурирования и деградации композитов, которые зависят от содержания нанотрубок и дозы облучения. Тhe crystal structure, IR absorption spectra and photoluminescence of isotactic polypropylene composites with multi-walled carbon nanotubes with concentrations ranging from 0.1 to 5.0 wt.% are investigated. The effect of radiation damages on structuring properties of composites under electron irradiation (Ee = 1.8 MeV) with absorption doses 3.0 and 4.0 MGy were considered. It is shown that sensitization of polypropylene by nanotubes promotes the crystallization of composites and leads to changes in the intermolecular interactions. Irradiation is difficult influences on the structure and processes of composites degradation are dependent on the content of nanotubes and irradiation dose.
first_indexed	2025-12-02T10:45:22Z
format	Article
fulltext	10 ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2015. №2(96) УДК 539.12.04 РАДІАЦІЙНІ ПОШКОДЖЕННЯ НАНОКОМПОЗИТІВ ІЗОТАКТИЧНОГО ПОЛІПРОПІЛЕНУ З БАГАТОСТІННИМИ ВУГЛЕЦЕВИМИ НАНОТРУБКАМИ Т.М. Пінчук-Ругаль* , 1 , О.П. Дмитренко* , 2 , М.П. Куліш* , 3 , Ю.Є. Грабовський* , 4 , О.С. Ничипоренко* , 5 , Ю.І. Семенцов, В.В. Шлапацька* Київський національний університет ім. Тараса Шевченка, Київ, Україна 1 Е-mail: Pinchuk_Tatiana@ukr.net, 2 E-mail: o_dmytrenko@univ.kiev.ua, 3 E-mail: n_kulish@univ.kiev.ua, 4 E-mail: grayu@bigmir.net, 5 E-mail: renkole@gmail.com; Інститут хімії поверхні НАН України, Київ, Україна Е-mail: ysementsov@tmsm.com.ua; *Iнститут фізичної хімії ім. Л.В. Писаржевського НАН України, Київ, Україна Досліджено кристалічну структуру, спектри ІЧ-поглинання та фотолюмінесценції композитів ізотактичного поліпропілену з багатостінними вуглецевими нанотрубками з концентраціями від 0,1 до 5,0 ваг.%. Вплив радіаційних пошкоджень на структурування композитів розглянуто при електронному опроміненні (Ее = 1,8 МеВ) з дозами поглинання 3,0 і 4,0 МГр. Показано, що сенсибілізація поліпропілену нанотрубками сприяє кристалізації композитів і призводить до зміни міжмолекулярної взаємодії. Опромінення складним чином впливає на процеси структурування і деградації композитів, які залежать від вмісту нанотрубок і дози опромінення. ВСТУП Полімерні нанокомпозити з унікальними наповнювачами, в тому числі вуглецевими нанотрубками, набувають виняткових оптичних, електронних, магнітних, механічних та термічних властивостей [1]. Оскільки вуглецеві нанотрубки мають високу поляризованість, то це створює додаткові можливості покращення композитів за рахунок орієнтаційного вибудовування наночастинок в електричних полях [2]. Важливе значення в модифікації композитних полімерних матеріалів має ступінь адгезії компонент на межі розділу, яка визначається взаємодією молекулярних складових макромолекул з вуглецевими наночастинками [3]. Оскільки ароматичні групи, які присутні в різних сімействах вінільних мономерів, є ефективними пастками радикалів, то це дозволяє здійснювати їх взаємодію з вуглецевими нанотрубками. Така взаємодія за рахунок ковалентних сил зв'язку призводить до закріплення полімерних ланцюгів нанотрубками, а також міграцію радикалів по пасткам [4]. Наявність вказаної взаємодії, навіть при незначній кількості армуючих частинок (нанотрубок), сприяє істотному підвищенню багатьох експлуатаційних властивостей полімерів. Так, в композитах одностінних вуглецевих нанотрубок (ОВНТ) з поліпропіленом (ПП), виготовлених методом екструзії у вигляді волокон, що містять всього 1,0 ваг.% ОВНТ, відбувається збільшення міцності на розтяг на 40% порівняно з чистим ПП, а пружні модулі зростають на 55% [5]. Підвищення концентрації ОВНТ до 5 ваг.% призводить до зростання міцності на 90%, пружних модулів на 150%, а провідності на 340% [6]. Аналогічно при створенні композитів з багатостінними вуглецевими нанотрубками (БВНТ) також збільшуються межа міцності на розрив та модулі пружності [7]. Наявність міжмолекулярної взаємодії з нанотрубками проявляється в трансформації коливальних спектрів наночастинок, зокрема, в помітному зміщенні смуги раманівського розсіювання D, пов'язаної з дихальною коливною модою, яка виникає при розупорядкуванні структури вуглецевих нанотрубок [1, 3, 8, 9]. Очевидно, що характер взаємодії молекул полімерів з вуглецевими нанотрубками та ефективність модифікації властивостей залежать від складових композитів та умов їх приготування. Зокрема, важливе значення має можливість утворення в полімерній матриці надмолекулярних структур, оскільки вуглецеві нанотрубки служать центрами зародження кристалічної фази. Природно, що співвідношення кристалічної та аморфної складових, особливо у випадку макромолекул полімерів, які взаємодіють з жорсткими нанотрубками, впливатиме на властивості міцності нанокомпозитів. З іншого боку, присутність в донорній матриці наночастинок з сильними акцепторними властивостями має суттєво впливати на коливальні й електронні властивості як полімерів, так і нанотрубок за рахунок створення фотогенеруючих комплексів з переносом зарядів. Помітна модифікація цих властивостей може бути досягнута за допомогою іонізуючого випромінювання, що викликає протікання різних радіаційно-хімічних процесів, зокрема, появу іонізованих збуджених молекул, вільних радикалів з наступним утворенням і зникненням подвійних зв'язків. ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2015. №2(96) 11 Відомо, що ці процеси при опроміненні призводять до зшивки молекулярних ланцюгів або їх деструкції, що може створювати додатковий хімічний вплив і визначати зміни фізичних властивостей полімерів. У цій роботі досліджено вплив високоенергетичного електронного опромінення на кристалічну та коливну структури, а також фотолюмінесценцію композитів ПП з БВНТ. 1. МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ БВНТ були синтезовані при спалюванні газової суміші етилену і водню в присутності залізовмісних змішаних гідроксидів металів, як диспергованих каталізаторів. У подальшому нанотрубки очищалися від мінеральних домішок протравленням в розчині NH4F · HF: H2O: HCL з певним співвідношенням компонент. Композити ізотактичного поліпропілену (i-ПП) з БВНТ були отримані у вигляді волокон, з яких також виготовлялися плівки композитів. Концентрація нанотрубок дорівнювала 0,1; 0,5; 1,0; 3,0 і 5,0 ваг.%. Дослідження кристалічної структури композитів проводилось методом рентгенівської дифракції. Вивчення коливних спектрів здійснювалося в інфрачервоній області в інтервалі частот 450…4000 см -1 при використанні FTIP- спектрометра з спектральною роздільною здатністю 4 см -1 . Спектри фотолюмінесценції досліджувалися за допомогою аргонового лазера з довжиною хвилі λ = 514,5нм, а також при використанні монохроматора МДР-3. Вимірювання фотоемісії проводились при температурі 77 К. Потужність лазера становила 0,5 Вт /см 2 . Опромінення електронами проводилося при використанні лінійного електронного прискорювача ИЛУ-6. Енергія бомбардуючих частинок становила Ее = 1,8 МеВ, доза поглинання дорівнювала 3,0 і 4,0 МГр. Температура при опроміненні не перевищувала ~ 333К. 2. РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ Макромолекули і-ПП, конформація яких в основному відповідає спіралі 31, має структурну організацію, яка може бути описана моноклінною елементарною коміркою. Параметри цієї комірки мають наступні значення: а = 0,66; b = 2,096; c = 0,65нм, α = 90º; β = 99,3º; γ = 90º. На рис. 1 наведена картина рентгенівської дифракції від нанокомпозитів i-ПП/БВНТ. У випадку наповнення і-ПП БВНТ з різною концентрацією α-модифікація кристалічної структури зберігається. Водночас, з підвищенням вмісту нанотрубок спостерігається зміна відносних інтенсивностей окремих інтерференційних максимумів. Особливо помітним є відносне зменшення інтенсивності рефлексу (040) в порівнянні з інтенсивністю лінії (110). Рис. 1. Зображення рентгенівської дифракції для нанокомпозитів і-ПП з 0,1 (а); 0,5 (б); 1,0 (в); 3,0 (г) і 5,0 ваг.% (д) БВНТ (на вставках наведено розклади на аморфну і кристалічну складові, а також кути дифракції 2θ) 5 10 15 20 25 30 35 40 0 2000 4000 6000 8000 10 15 20 25 30 35 0 1000 2000 3000 4000 5000 Ін те нс ив ні ст ь, в ід н. о д. 2градуси 33.41 29.60 25.41 24.54 21.70 21.54 19.56 16.27 а 2, градуси Ін те н си вн іс ть , ві д н . о д . 110 040 130 131 _ 111 060 102 _ 5 10 15 20 25 30 35 40 0 2000 4000 6000 8000 10 15 20 25 30 35 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Ін те нс ив ні ст ь, в ід н. о д. 2 градуси 33.36 29.58 25.36 24.47 20.75 21.49 19.54 16.23 б 2, градуси Ін те н си вн іс ть , ві д н . о д . 110 040 130 131 _ 111 060 102 _ 5 10 15 20 25 30 35 40 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 в 10 15 20 25 30 35 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 33.36 2 градуси 29.50 25.35 24.49 22.04 21.48 19.49 16.21 2, градуси Ін те н си вн іс ть , ві д н . о д . 110 040 130 131 _ 111 060 102 _ 121 _ 5 10 15 20 25 30 35 40 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 10 15 20 25 30 35 0 1000 2000 3000 4000 5000 Ін те нс ив ні ст ь, в ід н. о д. 2 градуси 33.38 29.56 25.37 24.52 22.39 21.50 19.51 16.23 г 2, градуси Ін те н си вн іс ть , в ід н . о д . 110 040 130 131 _ 111 060 102 _ 121 _ 5 10 15 20 25 30 35 40 0 1000 2000 3000 4000 5000 10 15 20 25 30 35 0 1000 2000 3000 4000 5000 Ін те нс ив ні ст ь, в ід н. о д. 2 градуси 33.40 29.58 25.36 24.50 22.08 21.49 19.48 16.20 д 2, градуси Ін те н си вн іс ть , в ід н . о д. 110040 130 131 _ 111 060 102 _ 12 ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2015. №2(96) Спостерігається підвищення інтенсивності піка (111) порівняно з рефлексом (131). Очевидно, що в межах кристалічних областей відбувається переорієнтація кристалітів, що викликає зміну текстури. Помітною така зміна стає у випадку наповнення 0,1 об.% БВНТ, при якій інтенсивність рефлексу (040) стає меншою за інтенсивність лінії (110). Перебудова текстури є наслідком того, що нанотрубки у випадку малого вмісту виступають центрами зародкоутворення кристалічної фази і за рахунок взаємодії з макромолекулами і-ПП формують певну орієнтацію кристалітів Не дивлячись на те, що з ростом концентрації нанотрубок інтенсивність розсіяння рентгенівських променів падає, дифракційні піки від БВНТ не з’являються. Опромінення і-ПП та його композитів електронами з високою енергією з дозами поглинання 3,0 і 4,0 МГр не впливає на моноклінну структуру, але призводить до змін інтенсивностей окремих ліній, їх зміщення, співвідношення між аморфною та кристалічною складовими (рис. 23). Внутрішньо- і міжмолекулярна будова і-ПП та його нанокомпозитів з різним вмістом БВНТ після високоенергетичного електронного опромінення досліджувалась за допомогою ІЧ-поглинання. На рис. 4 наведено спектр пропускання в ІЧ-діапазоні і-ПП, з якого видно присутність багатьох ліній, властивих кристалічній та аморфній фазам та різним конформаціям 31 спірального ланцюга. У спектрі пропускання видно набір ліній з частотами 458, 808, 841, 898, 973, 998, 1167, 1256, 1303, 1375, 1450, 1640, 2358, 2580, 2721, 2868…2956, 3140, 3192 см -1 . Інтенсивна смуга поглинання біля 1450 см -1 не пов’язана з атактичністю ПП. Наявність смуг поглинання біля 841, 973, 997, 1167 см -1 вказує на ізотактичну конформацію ПП. До речі, у спектрі відсутні лінії поблизу 867 і 962 см -1 , які характерні синдіотактичному ПП. Кристалічній фазі відповідають смуги біля 808, 841, 898, 997 та 1167 см -1 . Основна конформація макромолекул і-ПП відповідає спіралі 31 з трьома мономерними ланками. Спіральній конформації в кристалічній фазі належить лінія біля 808 см -1 , яка виникає внаслідок розщеплення смуги біля 830 см -1 , характерної для аморфної фази, при кристалізації і- ПП. Ця лінія існує у всіх модифікаціях. Поблизу положення 841 см -1 знаходиться лінія, яка відповідає формуванню в кристалічній фазі довгих мономерних ланок (n > 10) у змішаній почерговій послідовності транс-гош спіральній конформації 31. Смуга 997 см -1 виникає при забудові кристалічної гратки спіральними сегментами з n > 10. Смуга біля 973 см -1 характеризує присутність транс-гош конформерів при n > 4 в аморфній фазі. Поблизу лінії 1167 см -1 у вигляді плеча спостерігається смуга поблизу 1151 см -1 , яка відповідає згорнутій в клубок конформації, що має місце в рідкому стані та аморфній області. Рис. 2. Зображення рентгенівської дифракції для і-ПП (а) та його нанокомпозитів з 0,5 (б); 1,0 (в); 3,0 ваг.% (г) БВНТ після електронного опромінення з дозою поглинання 3,0 МГр (на вставках наведено розклади на складові аморфної і кристалічної фаз, а також кути дифракції 2θ, Е = 1,8 МеВ) 5 10 15 20 25 30 35 40 0 2000 4000 6000 8000 10000 10 15 20 25 30 35 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Ін те н си в н іс ть , в ід н . о д . 2 градуси 33.6129.69 25.47 24.58 21.60 20.73 19.62 16.29 Ін те н си в н іс ть , в ід н . о д . 2 градуси а 110 040 130 131 _ 111 060 102 _ 5 10 15 20 25 30 35 40 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 10 15 20 25 30 35 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Ін те н си вн іс ть , ві д н . о д . 2 градуси 33.65 29.84 25.58 24.69 21.69 21.52 19.72 16.38 Ін т е н с и в н іс т ь , в ід н . о д . 2 градуси б 110 040 130131 _ 111 060 102 _ 5 10 15 20 25 30 35 40 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 10 15 20 25 30 35 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Ін те н си вн іс ть , ві д н . о д . 2 градуси 33.4229.54 25.37 24.51 22.08 21.50 19.50 16.24 Ін т е н с и в н іс т ь , в ід н . о д . в 2 градуси 110 040 130 131 _ 111 060 102 _ 5 10 15 20 25 30 35 40 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 10 15 20 25 30 35 0 1000 2000 3000 4000 5000 28.13 29.40 21.46Ін те нс ив ні ст ь, в ід н. о д. 2 градуси 33.33 28.12 25.26 24.42 21.42 19.40 16.14 _ 102060 _ 131 111 _ 121 130 040 110 Ін те н с и в н іс ть , в ід н . о д . г 2 градуси ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2015. №2(96) 13 5 10 15 20 25 30 35 40 0 1000 2000 3000 4000 5000 10 15 20 25 30 35 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Ін те н си в н іс ть , в ід н . о д . 2 градуси 29.58 21.74 33.55 25.38 24.53 21.61 19.54 16.28 Ін т е н с и в н іс т ь , в ід н . о д . 2, градуси a 110 040 130 131 _ 111 060 102 _ 5 10 15 20 25 30 35 40 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 10 15 20 25 30 35 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Ін те н си вн іс ть , в ід н . о д. 2 градуси 33.51 29.66 25.47 24.60 21.58 20.82 19.61 16.31 Ін т е н с и в н іс т ь , в ід н . о д . 2 градуси б 110 040 130 131 _ 111 060 102 _ 5 10 15 20 25 30 35 40 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Ін те н си в н іс ть , в ід н . о д . в 10 15 20 25 30 35 0 1000 2000 3000 4000 5000 29.43 25.33 Ін те н си вн іс ть , ві д н . о д . 2 градуси 33.4228.20 24.50 23.20 21.53 21.33 19.44 16.18 2 градуси 110 040 130 131 _ 111 060 102 _ 5 10 15 20 25 30 35 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 10 15 20 25 30 35 0 1000 2000 3000 4000 5000 21.33 Ін те нс ив ні ст ь, в ід н. о д. 2 градуси 29.4328.25 33.44 25.35 24.52 23.27 21.55 19.46 16.18 Ін те н си в н іс ть , в ід н . о д . г 2 градуси 110 040 130 131 _ 111 060 102 _ Рис. 3. Зображення рентгенівської дифракції для нанокомпозитів і-ПП (а) з 0,5 (б); 1,0 (в); 3,0 ваг.% (г) БВНТ після електронного опромінення з дозою поглинання 4,0 МГр (на вставках наведено розклади на складові аморфної і кристалічної фаз, а також кути дифракції 2θ, Е=1,8 МеВ) У спектрі ІЧ-поглинання також спостерігається кілька можливих ліній, які пов’язані з присутністю скелетного розтягу зв’язків С–С. До них належать лінії 973, 1358 і 1378 см -1 , вже згадувані смуги біля 1151 і 1167 см -1 . Смуги біля 808, 940, 1103 см -1 відповідають валентним коливанням розтягу С–СН3. Рис. 4. Спектр ІЧ-пропускання і-ПП Наявність α, β, γ та смектичної модифікацій кристалічної структури, крім модифікації спектра ІЧ-поглинання, в області спіральних конформацій 808 і 841 см -1 призводять до змін в області валентних коливань розтягу СН2- і СН3-груп. Важливими також є смуги, що відповідають валентним коливанням розтягу зв’язків С=С поблизу 1556 і 1640 та зв’язків =СН біля 3140 і 3192 см -1 . На рис. 5. показано спектри ІЧ-пропускання для нанокомпозиту і-ПП з 0,5 ваг.% БВНТ. Як і для і-ПП, у спектрі ІЧ-поглинання нанокомпозиту з 0,5 ваг.% БВНТ зберігаються лінії кристалічної (808, 841, 898, 997, 1167 см -1 ) та аморфної фаз (973, 1151 см -1 ). Рис. 5. Спектр ІЧ-пропускання нанокомпозиту і-ПП з 0,5 ваг.% БВНТ 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0 10 20 30 40 50 60 70 841 808 1356 Ін т е н с и в н іс т ь , в ід н .о д . 23581640 2580 3192 3140 2721 14501167 997 973 898 458 Довжина хвилі, см -1 1256 1303 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0 10 20 30 40 50 60 70 3294 1640 Ін т е н с и в н іс т ь , в ід н .о д . 995 2578 3195 3140 2721 1456 1376 1167973 898 841 808 458 Довжина хвилі, см -1 1255 1303 14 ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2015. №2(96) Водночас, спостерігається зменшення поглинання в низькочастотному діапазоні до 800 см -1 та смуг, які відповідають кристалічній (808, 841, 898, 995, 1167 см -1 ) і аморфній (973 см -1 ) фазам, наявності С–С-зв’язків (1358 см -1 ). Більше того, смуга, пов’язана із спіральною конформацією макромолекул у кристалічній фазі, змістилася до положення 995 см -1 . Якщо для ліній біля 808 і 898 см -1 поглинання зменшилося несуттєво, то його падіння для лінії поблизу 841 см -1 , зв’язаній з наявністю транс-гош- послідовностей в спіральній конформації макромолекул, що знаходяться в кристалічній фазі, більш помітне. Разом з тим видно зростання поглинання смуг біля 1551 і 1640 см -1 , що відповідають коливанням ненасичених зв’язків С=С. На рис. 6 показано спектр ІЧ-пропускання нанокомпозиту і-ПП з 1,0 ваг.% нанотрубок. Рис. 6. Спектри ІЧ-пропускання нанокомпозиту і-ПП з 1,0 ваг.% БВНТ Видно, що в усьому діапазоні частот фон в спектрі поглинання в порівнянні з нанокомпозитом і-ПП з 0,5 ваг.% БВНТ різко зростає. Водночас, змінюється поглинання в області окремих ліній. Так, несуттєво зросло поглинання біля смуг 808 і 898 см -1 і зменшилося поблизу ліній 841 і 995 см -1 . Крім того, відбулося незначне падіння поглинання поблизу смуги 973 см -1 . У випадку нанокомпозитів і-ПП з 3,0 та 5,0 ваг.% БВНТ спостерігається різке збільшення ІЧ- поглинання (рис. 7). Пропускання в усьому діапазоні частот відповідає дуже малому інтервалу (0…6%). Водночас піки поглинання від нанотрубок, які мають існувати поблизу положень 873 і 1581 см -1 , відсутні, але зберігаються всі лінії, властиві і-ПП. Частоти, як і відносні інтенсивності цих ліній залишаються майже незмінними, що свідчить про незначний вплив нанотрубок за значних концентрацій на надмолекулярну організацію структури і-ПП. Очевидно, що нанотрубки схильні до агрегації, яка в більшій мірі проявляється за високих концентрацій, дія вказаних наповнювачів на внутрішньо- та міжмолекулярну будову і-ПП виявляється незначною. Як витікає з аналізу поведінки ІЧ-поглинання, для неопромінених нанокомпозитів і-ПП, наповнених БВНТ, лише за малих концентрацій нанотрубок (0,5 ваг.%) спостерігається суттєва перебудова спектра, переважно пов’язана зі зміною відносних інтенсивностей смуг пропускання, що відносяться до кристалічної і аморфної фаз, спіральної конформації, С–С-, С=С-зв’язків та полієнових послідовностей. Рис. 7. Спектри ІЧ-пропускання нанокомпозитів і-ПП з 3,0 (а) і 5,0 ваг.% (б) БВНТ Перебудова електронної структури полімерів та наявність в полімерах різних видів домішок, а також полієнових послідовностей породжує виникнення в полімерах фотолюмінесценції, причому, за різних довжин хвиль ці спектри сильно відрізняються. На рис. 8 наведено спектри фотолюмінесценції (ФЛ) і-ПП, одержані за різних довжин хвиль збудження. У випадку λзб = 514,5 нм спостерігається сильна смуга випромінювання з максимумом біля 600 нм. Вказана смуга достатньо широка і асиметрична, що дозволяє описати її двома компонентами з максимумами поблизу 581 і 625 нм. Збудження з довжиною хвилі λзб = 337 нм призводить до появи складного спектру в широкому інтервалі 300…1200 нм. В цьому діапазоні при розкладі спектру ФЛ на компоненти можна виділити піки біля 375, 510, 729, 825 і 1023 нм. 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0 10 20 30 40 50 60 70 Ін т е н с и в н іс т ь , в ід н .о д . 2722 995 3198 3140 1455 1375 1166973 898 840 808 458 Довжина хвилі, см -1 1255 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0 2 4 6 16401168 998 898 810 Ін те н си в н іс ть , в ід н .о д . 840 973 1377 1459 475 Довжина хвилі, см -1 б 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0 2 4 6 Ін те н си вн іс ть , ві д н .о д . 810 841 999 973 1167 13761455 1638 2721 459 Довжина хвилі, см -1 а ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2015. №2(96) 15 Рис. 8. Спектри фотолюмінесценції і-ПП при збудженнях з довжинами хвиль 514,5 (а); 337 нм (б) і температурі 77 К. (На вставках показано розклади спектрів ФЛ на компоненти) Фотоопромінення і-ПП не призводить до виникнення спектра флуоресценції, оскільки в і-ПП полієнових немає структур з довгими послідовностями. Можна припустити, що карбонільні групи С=О не приймають участі в створенні спектрів ФЛ в і-ПП. Виникнення інтенсивної смуги ФЛ в цьому полімері обумовлено переходом π → π * , який відповідає ненасиченим зв’язкам С=С і, можливо, дієнам. Поглинання, що реалізується на вказаних структурах, призводить до появи в спектрі ФЛ двох компонент емісії біля 581 і 625 нм. Не виключено, що асиметрія смуги ФЛ в довгохвильовій області вказує на існування в і-ПП полієнових структур з більш довгими послідовностями, але їх кількість дуже незначна і тому виявити їх присутність у випадку збудження з довжиною хвилі λзб = 514,5 нм неможливо. Водночас, вигляд спектра ФЛ при λзб = 337 нм свідчить про наявність спряжених структур зі значними довжинами послідовностей. З порівняння інтенсивностей ФЛ, одержаних за різних λзб, очевидно, що число довгих послідовностей незначне. Смуга біля 375 нм, як і для ПЕ, ймовірно відповідає набору вузьких ліній, що з’являються в спектрі ФЛ у результаті рекомбінації розірваних СС-зв’язків. Всі інші смуги ФЛ обумовлені спряженими структурами з різними довжинами послідовностей. Якщо широка смуга з піком біля 510 нм пов’язана з набором ненасичених структур з короткими послідовностями, то інші смуги відповідають більш довгим ланцюгам. Серед них виділяється достатньо інтенсивна смуга з максимумом біля 729 нм. Можна припустити підвищений вміст полієнових послідовностей з довжинами, що призводять до появи даної смуги випромінювання. Видно, що в і-ПП також існують спряжені структури з досить довгими послі- довностями, які призводять до випромінювання, зосередженого в широкій смузі з максимумом біля 1023 нм. Іонізаційне опромінення електронами та наповнення полімеру вуглецевими нанотрубками несуттєво впливає на утворення ненасичених та полієнових структур в і-ПП, навіть за значних доз поглинання. За дози поглинання 3,0 МГр спектри ФЛ мало змінюються для і-ПП та його нано- композитів з 0,5 і 1,0 ваг.% нанотрубок (рис. 9). Рис. 9. Спектри ФЛ і-ПП (а) і його нанокомпозитів з 0,5 (б) і 1,0 ваг.% БВНТ (в) після електронного опромінення з дозою поглинання 3,0 МГр (λзб = 514,5 нм) 600 700 800 900 1000 1100 0 5000 10000 15000 20000 600 800 1000 0 5000 10000 15000 20000 625 581 Ін т е н с и в н іс т ь Ф Л , в ід н . о д . Довжина хвилі, нм Довжина хвилі, нм a Ін т е н с и в н іс т ь Ф Л , в ід н . о д . 400 600 800 1000 1200 200 400 600 800 1000 1200 1400 200 400 600 800 1000 1200 0 100 200 300 400 500 600 700 800 1023 825 729 510 375 Ін те нс ив ні ст ь Ф Л , в ід н. од . Довжина хвилі, нм б 1160 1006 731 373 Довжина хвилі, нм Ін т е н с и в н іс т ь Ф Л , в ід н .о д . 600 700 800 900 1000 1100 0 3000 6000 9000 500 600 700 800 90010001100 0 2000 4000 6000 8000 Ін те н си вн іс ть Ф Л , ві д н . од . Довжина хвилі, нм 611 575 a Ін т е н с и в н іс т ь Ф Л , в ід н . о д . Довжина хвилі, нм 500 600 700 800 900 10001100 0 10000 20000 30000 500 600 700 800 900 10001100 0 10000 20000 30000 Довжина хвилі, нм Ін те н си вн іс ть Ф Л , в ід н . о д. 629 584 б Ін те н си в н іс ть Ф Л , в ід н . о д . Довжина хвилі, нм 600 700 800 900 1000 1100 0 4000 8000 12000 500 600 700 800 900 10001100 0 4000 8000 12000 650 598 569 Ін те н си вн іс ть Ф Л , ві д н . о д . Довжина хвилі, нм в Ін т е н с и в н іс т ь Ф Л , в ід н . о д . Довжина хвилі, нм 16 ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2015. №2(96) Аналогічно незначна перебудова спряженої структури відбувається для і-ПП і його нанокомпозиту з 0,5 ваг.% нанотрубок після електронного опромінення з дозою поглинання 4,0 МГр (рис. 10). Рис. 10. Спектри ФЛ і-ПП (а) і його нанокомпозитів з 0,5 (б) і 1,0 ваг.% БВНТ (в) після електронного опромінення з дозою поглинання 4,0 МГр (λзб = 514,5нм) Видно, що лише для нанокомпозиту з 1,0 ваг.% нанотрубок відбувається зародження полієнових структур з більш довгими послідовностями. ВИСНОВКИ Армування і-ПП БВНТвпливає на кристалічну, коливну і електронну структури композитів. З підвищенням вмісту нанотрубок в межах 0,1…5 ваг.% сенсибілізуюча роль наночастинок зростає, що є проявом зміни характеру взаємодії на межі розділу полімерна матриця  нанотрубки. Радіаційні пошкодження при електронному опроміненні приводять до одночасного протікання процесів деструкції макромолекул і їх зшивання. У вихідному стані в і-ПП наявні спряжені послідовності, які формують спектри ФЛ як при малих λзб = 337 нм, так і довших довжинах λзб = 514,5 нм хвиль збудження. При великих дозах поглинання 3,0 і 4,0 МГр і концентрації БВНТ до 1,0 ваг.% нанотрубки мало впливають на формування полієнових послідовностей і на радіаційне зшивання макроланцюгів. БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК 1. Q. Zhao, H.D. Wagner. Raman spectroscopy of carbon–nanotube–based composites // Phil. Trans. R. Soc. Lond. A. 2004, 362, p. 2407-2424. 2. З.З. Латыпов, О.Ф. Поздняков. Определение условий получения полимерных пленок, содержащих упорядоченную структуру углеродных нанотрубок и высших фуллеренов // Письма в ЖТФ. 2006, т. 32, в. 9, c. 28-33. 3. A.H. Barber, Q. Zhao, H.D. Wagner, C.A. Baillic. Charactezation of E–glass–polypropylene interfaces using carbon nanotubes as strain sensors // Compos. Sci. Technol. 2004, v. 64, p. 1915-1919. 4. H. Kitano, K. Tachimoto, M. Gemmei-Ide, N. Tsubaki. Interaction between polymer chains covalently fixed to single – walled carbon nanotubes // Macromol. Chem. Phys. 2006, v. 207, p. 812-819. 5. I.K. Kearns, R.L. Shambaugh. Polypropylene fibers reinforced with carbon nanotubes // J. Appl. Polym. Sci. 2002, v. 86, p. 2079-2084. 6. R. Andrews, D. Iacgues, A.M. Rao, T.Rantell, F. Derbyshire. Y. Chen, I. Chen, R.C. Haddon. Nanotube composite carbon fibers // Appl. Phys. Lett. 1999, v. 75, p. 1329-1331. 7. D. Qian, E.C. Dickey, R. Andrews, T. Rantell. Load transfer and deformation mechanism in carbon nanotubes–polystyrene composites // Appl. Phys. Lett. 2000, v. 76, p. 2868-2870. 8. A.R. Bhattacharyya, T.V. Sreekumar, T. Liu, S. Kumar, L.M. Ericson, R.H. Hauge, R.E. Smalley. Crystallization and orientation studies in polypropylene single wall carbon nanotube composite // Polymer. 2003, v. 44, p. 2373-2377. 9. I. Chen, R. Ramasubramaniam, C. Xue, H. Liu. A versatile, molecular Engineering approach to simultaneously enchanced, multifunctional carbon nanotube-polymer composites // Funct. Mater. 2006, v. 16, p. 114-179. Статья поступила в редакцию 03.09.2014 г. 600 700 800 900 1000 1100 0 10000 20000 500 600 700 800 900 10001100 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 Ін те н си вн іс ть Ф Л , в ід н . о д. Довжина хвилі, нм 637 586 a Ін те н с и в н іс ть Ф Л , в ід н . о д . Довжина хвилі, нм 600 700 800 900 1000 1100 0 2000 4000 6000 500 600 700 800 900 1000 0 1000 2000 3000 4000 665 605 574 Довжина хвилі, нм Ін те н си вн іс ть Ф Л , ві д н . од . в Довжина хвилі, нм Ін те н с и в н іс ть Ф Л , в ід н . о д . 500 600 700 800 900 10001100 0 10000 20000 30000 500 600 700 800 900 10001100 0 10000 20000 30000 Ін те н си в н іс ть Ф Л , в ід н . о д . Довжина хвилі, нм 629 582 б Ін т е н с и в н іс т ь Ф Л , в ід н . о д . Довжина хвилі, нм ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2015. №2(96) 17 РАДИАЦИОННЫЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ НАНОКОМПОЗИТОВ ИЗОТАКТИЧЕСКОГО ПОЛИПРОПИЛЕНА С МНОГОСТЕННЫМИ УГЛЕРОДНЫМИ НАНОТРУБКАМИ Т.Н. Пинчук-Ругаль, О.П. Дмитренко, Н.П. Кулиш, Ю.Е. Грабовский, О.С. Ничипоренко, Ю.И. Семенцов, В.В. Шлапацкая Исследована кристаллическая структура, ИК-спектры поглощения и фотолюминесценции композитов изотактического полипропилена с многостенными углеродными нанотрубками с концентрациями 0,1…5,0 вес.%. Влияние радиационных повреждений на структурирование композитов рассмотрено при электронном облучении (Ее = 1,8 МэВ) с дозами поглощения 3,0 и 4,0 МГр. Показано, что сенсибилизация полипропилена нанотрубками способствует кристаллизации композитов и приводит к изменению межмолекулярного взаимодействия. Облучение сложным образом влияет на процессы структурирования и деградации композитов, которые зависят от содержания нанотрубок и дозы облучения. RADIATION DAMAGES OF ISOTACTIC POLYPROPYLENE NANOCOMPOSITES WITH MULTI-WALLED CARBON NANOTUBES T.M. Pinchuk-Rugal’, O.P. Dmytrenko, M.P. Kulish, Yu.Ye. Grabovskyy, O.S. Nychyporenko, Yu.I. Sementsov, V.V. Shlapatskaya Тhe crystal structure, IR absorption spectra and photoluminescence of isotactic polypropylene composites with multi-walled carbon nanotubes with concentrations ranging from 0.1 to 5.0 wt.% are investigated. The effect of radiation damages on structuring properties of composites under electron irradiation (Ee = 1.8 MeV) with absorption doses 3.0 and 4.0 MGy were considered. It is shown that sensitization of polypropylene by nanotubes promotes the crystallization of composites and leads to changes in the intermolecular interactions. Irradiation is difficult influences on the structure and processes of composites degradation are dependent on the content of nanotubes and irradiation dose.
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-82433
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1562-6016
language	Ukrainian
last_indexed	2025-12-02T10:45:22Z
publishDate	2015
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
record_format	dspace
spelling	Пінчук-Ругаль, Т.М. Дмитренко, О.П. Куліш, М.П. Грабовський, Ю.Є. Ничипоренко, О.С. Семенцов, Ю.І. Шлапацька, В.В. 2015-05-29T16:10:06Z 2015-05-29T16:10:06Z 2015 Радіаційні пошкодження нанокомпозитів ізотактичного поліпропілену з багатостінними вуглецевими нанотрубками / Т.М. Пінчук-Ругаль, О.П. Дмитренко, М.П. Куліш, Ю.Є. Грабовський, О.С. Ничипоренко, Ю.І. Семенцов, В.В. Шлапацька // Вопросы атомной науки и техники. — 2015. — № 2. — С. 10-17. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/82433 539.12.04 Досліджено кристалічну структуру, спектри ІЧ-поглинання та фотолюмінесценції композитів ізотактичного поліпропілену з багатостінними вуглецевими нанотрубками з концентраціями від 0,1 до 5,0 ваг.%. Вплив радіаційних пошкоджень на структурування композитів розглянуто при електронному опроміненні (Ее = 1,8 МеВ) з дозами поглинання 3,0 і 4,0 МГр. Показано, що сенсибілізація поліпропілену нанотрубками сприяє кристалізації композитів і призводить до зміни міжмолекулярної взаємодії. Опромінення складним чином впливає на процеси структурування і деградації композитів, які залежать від вмісту нанотрубок і дози опромінення. Исследована кристаллическая структура, ИК-спектры поглощения и фотолюминесценции композитов изотактического полипропилена с многостенными углеродными нанотрубками с концентрациями 0,1…5,0 вес.%. Влияние радиационных повреждений на структурирование композитов рассмотрено при электронном облучении (Ее = 1,8 МэВ) с дозами поглощения 3,0 и 4,0 МГр. Показано, что сенсибилизация полипропилена нанотрубками способствует кристаллизации композитов и приводит к изменению межмолекулярного взаимодействия. Облучение сложным образом влияет на процессы структурирования и деградации композитов, которые зависят от содержания нанотрубок и дозы облучения. Тhe crystal structure, IR absorption spectra and photoluminescence of isotactic polypropylene composites with multi-walled carbon nanotubes with concentrations ranging from 0.1 to 5.0 wt.% are investigated. The effect of radiation damages on structuring properties of composites under electron irradiation (Ee = 1.8 MeV) with absorption doses 3.0 and 4.0 MGy were considered. It is shown that sensitization of polypropylene by nanotubes promotes the crystallization of composites and leads to changes in the intermolecular interactions. Irradiation is difficult influences on the structure and processes of composites degradation are dependent on the content of nanotubes and irradiation dose. uk Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах Радіаційні пошкодження нанокомпозитів ізотактичного поліпропілену з багатостінними вуглецевими нанотрубками Радиационные повреждения нанокомпозитов изотактического полипропилена с многостенными углеродными нанотрубками Radiation damages of isotactic polypropylene nanocomposites with multi-walled carbon nanotubes Article published earlier
spellingShingle	Радіаційні пошкодження нанокомпозитів ізотактичного поліпропілену з багатостінними вуглецевими нанотрубками Пінчук-Ругаль, Т.М. Дмитренко, О.П. Куліш, М.П. Грабовський, Ю.Є. Ничипоренко, О.С. Семенцов, Ю.І. Шлапацька, В.В. Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах
title	Радіаційні пошкодження нанокомпозитів ізотактичного поліпропілену з багатостінними вуглецевими нанотрубками
title_alt	Радиационные повреждения нанокомпозитов изотактического полипропилена с многостенными углеродными нанотрубками Radiation damages of isotactic polypropylene nanocomposites with multi-walled carbon nanotubes
title_full	Радіаційні пошкодження нанокомпозитів ізотактичного поліпропілену з багатостінними вуглецевими нанотрубками
title_fullStr	Радіаційні пошкодження нанокомпозитів ізотактичного поліпропілену з багатостінними вуглецевими нанотрубками
title_full_unstemmed	Радіаційні пошкодження нанокомпозитів ізотактичного поліпропілену з багатостінними вуглецевими нанотрубками
title_short	Радіаційні пошкодження нанокомпозитів ізотактичного поліпропілену з багатостінними вуглецевими нанотрубками
title_sort	радіаційні пошкодження нанокомпозитів ізотактичного поліпропілену з багатостінними вуглецевими нанотрубками
topic	Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах
topic_facet	Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/82433
work_keys_str_mv	AT pínčukrugalʹtm radíacíinípoškodžennânanokompozitívízotaktičnogopolípropílenuzbagatostínnimivugleceviminanotrubkami AT dmitrenkoop radíacíinípoškodžennânanokompozitívízotaktičnogopolípropílenuzbagatostínnimivugleceviminanotrubkami AT kulíšmp radíacíinípoškodžennânanokompozitívízotaktičnogopolípropílenuzbagatostínnimivugleceviminanotrubkami AT grabovsʹkiiûê radíacíinípoškodžennânanokompozitívízotaktičnogopolípropílenuzbagatostínnimivugleceviminanotrubkami AT ničiporenkoos radíacíinípoškodžennânanokompozitívízotaktičnogopolípropílenuzbagatostínnimivugleceviminanotrubkami AT semencovûí radíacíinípoškodžennânanokompozitívízotaktičnogopolípropílenuzbagatostínnimivugleceviminanotrubkami AT šlapacʹkavv radíacíinípoškodžennânanokompozitívízotaktičnogopolípropílenuzbagatostínnimivugleceviminanotrubkami AT pínčukrugalʹtm radiacionnyepovreždeniânanokompozitovizotaktičeskogopolipropilenasmnogostennymiuglerodnyminanotrubkami AT dmitrenkoop radiacionnyepovreždeniânanokompozitovizotaktičeskogopolipropilenasmnogostennymiuglerodnyminanotrubkami AT kulíšmp radiacionnyepovreždeniânanokompozitovizotaktičeskogopolipropilenasmnogostennymiuglerodnyminanotrubkami AT grabovsʹkiiûê radiacionnyepovreždeniânanokompozitovizotaktičeskogopolipropilenasmnogostennymiuglerodnyminanotrubkami AT ničiporenkoos radiacionnyepovreždeniânanokompozitovizotaktičeskogopolipropilenasmnogostennymiuglerodnyminanotrubkami AT semencovûí radiacionnyepovreždeniânanokompozitovizotaktičeskogopolipropilenasmnogostennymiuglerodnyminanotrubkami AT šlapacʹkavv radiacionnyepovreždeniânanokompozitovizotaktičeskogopolipropilenasmnogostennymiuglerodnyminanotrubkami AT pínčukrugalʹtm radiationdamagesofisotacticpolypropylenenanocompositeswithmultiwalledcarbonnanotubes AT dmitrenkoop radiationdamagesofisotacticpolypropylenenanocompositeswithmultiwalledcarbonnanotubes AT kulíšmp radiationdamagesofisotacticpolypropylenenanocompositeswithmultiwalledcarbonnanotubes AT grabovsʹkiiûê radiationdamagesofisotacticpolypropylenenanocompositeswithmultiwalledcarbonnanotubes AT ničiporenkoos radiationdamagesofisotacticpolypropylenenanocompositeswithmultiwalledcarbonnanotubes AT semencovûí radiationdamagesofisotacticpolypropylenenanocompositeswithmultiwalledcarbonnanotubes AT šlapacʹkavv radiationdamagesofisotacticpolypropylenenanocompositeswithmultiwalledcarbonnanotubes

Радіаційні пошкодження нанокомпозитів ізотактичного поліпропілену з багатостінними вуглецевими нанотрубками

Institution

Similar Items