Електрофізичні властивості системи поліхлортрифторетилен/йодид міді
Dependences of dielectric complex permittivity and conductivity of composites based on polychlortrifluoroethylene on content CuI in field of low (0,1–10 kHz) and ultrahigh (8–12 GHz) frequencies were investigated. A new technique of fabrication polymer composites materials (PCM) is proposed based on...
Збережено в:
| Дата: | 2011 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2011
|
| Онлайн доступ: | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/442 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Surface |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Surface| _version_ | 1869291573935603712 |
|---|---|
| author | Mazurenko, R. V. Makhno, S. N. Gorbyk, P. P. |
| author_facet | Mazurenko, R. V. Makhno, S. N. Gorbyk, P. P. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "R. V. Mazurenko",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
},
{
"author": "S. N. Makhno",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
},
{
"author": "P. P. Gorbyk",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
}
] |
| author_sort | Mazurenko, R. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2018-11-27T09:38:50Z |
| description | Dependences of dielectric complex permittivity and conductivity of composites based on polychlortrifluoroethylene on content CuI in field of low (0,1–10 kHz) and ultrahigh (8–12 GHz) frequencies were investigated. A new technique of fabrication polymer composites materials (PCM) is proposed based on surface modification of polymer by dispersed conductive components. Analysis of the experimental data shows that proposed technique has a high efficiency of produce PCM with enhanced exploitation parameters and wider adjustment range of electrophysical properties. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:33:04Z |
| format | Article |
| fulltext |
Поверхность. 2011. Вып. 3(18). С. 156–160 156
УДК 537.31
ЕЛЕКТРОФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ СИСТЕМИ
ПОЛІХЛОРТРИФТОРЕТИЛЕН/ЙОДИД МІДІ
Р.В. Мазуренко, С.М. Махно, П.П. Горбик
Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України
вул. Генерала Наумова, 17, Київ, 03164, Україна, dvdrusik@ukr.net
Досліджено залежності комплексної діелектричної проникності та електропровідності
композитів на основі поліхлортрифторетилену від вмісту CuI в області низьких (0,1–10 кГц) і
надвисоких (8–12 ГГц) частот. Результати свідчать про високу ефективність використання
запропонованої методики синтезу полімерних композиційних матеріалів, що ґрунтується на
модифікуванні поверхні полімерів електропровідними компонентами для розширення діапазону
керованої зміни електрофізичних властивостей.
Вступ
Розвиток науки і техніки потребує створення нових функціональних полімерних
композиційних матеріалів (ПКМ) з високими експлуатаційними параметрами, що
працюють в умовах впливу різних фізичних полів. До таких матеріалів, зокрема,
належать ПКМ на основі речовин з активними компонентами, що мають електронно-
іонну провідність, які знаходять широке застосування в мембранній електрохімії [1, 2],
паливній енергетиці [3], мікроелектроніці [4–6] тощо. Висока дисперсність наповнювача
не завжди є достатньою умовою підвищення його активності при введенні в полімерну
матрицю. Механізм зміни фізичних властивостей ПКМ у багатьох випадках ґрунтується
на взаємодії полімерів з частинками наповнювача на межі поділу фаз полімер –
наповнювач. Хоча не вдається одержувати композити з необхідними властивостями при
поєднанні високодисперсних наповнювачів з полімерами, які різко відрізняються за
молекулярною природою. Наповнювач, незалежно від його дисперсності, може бути
активним тільки стосовно певної групи полімерів. У зв'язку з цим хімічне
модифікування компонентів може бути ефективним методом їх активації, що дозволить
змінити природу їх поверхні і, тим самим, поліпшити змочування частинок та їх
розподіл в об’ємі полімерів. За допомогою цього методу можна регулювати активність
наповнювача щодо певного полімерного середовища і досягати сумісності наповнювачів
і полімерів, що може забезпечити комплекс необхідних електрофізичних, структурно-
механічних, теплофізичних властивостей полімерних композиційних матеріалів.
У роботі наведені результати експериментальних досліджень електрофізичних
властивостей системи ПХТФЕ/CuI, що одержана шляхом хімічного модифікування
поліхлортрифторетилену йодидом міді за різного співвідношення компонентів та
порівняння властивостей з системою ПХТФЕ–CuI, яка одержана механічним
змішуванням вихідних складових.
Об'єкти і методи досліджень
Зразки для дослідження виготовляли за спеціально розробленою технологією
хімічного модифікування поліхротрифторетилену (ефективний розмір частинок до 400
нм) йодидом міді. Складність завдання обумовлена гідрофобністю ПХТФЕ, що не
дозволяло одержати однорідну систему без попередньої гідрофілізації поверхні
полімерів. У зв’язку з цим процес модифікування здійснювали у два етапи. З метою
гідрофілізації поверхні поліхротрифторетилену проводили обробку дисперсного
полімеру розчином хлорсилану в суміші активних розчинників для дифузії
модифікатора в поверхневі шари частинок полімеру. В результаті гідролізу хлорсилану
mailto:dvdrusik@ukr.net
157
на поверхні ПХТФЕ формувався шар полісилоксану, що містить силанольні групи (≡Si–
OH). Завдяки цьому після висушування поверхня ПХТФЕ стає гідрофільною. На
другому етапі гідрофільну поверхню полімеру модифікували йодидом міді. Спочатку
здійснювали осадження іонів Cu++ із розчину CuSO4 на силанольних групах ≡Si–OH, що
знаходяться на поверхні гідрофільного ПХТФЕ. Потім до одержаної системи поступово
додавали розчин КІ та Na2S2O3. Одержаний осад, попередньо промитий в дистильованій
воді, а потім спирті та діетиловому ефірі, висушували в парах концентрованої сірчаної
кислоти за умов пониженого тиску. Блочні та плівкові зразки для досліджень систем
ПХТФЕ/CuI і ПХТФЕ–CuI одержували методом пресування за температури 495 К та
тиску 2 МПа.
Рентгенограми одержаних зразків реєстрували на дифрактометрі ДРОН-4-07 з
випромінюванням CuKα - лінії аноду з нікелевим фільтром у відбитому пучку, геометрія
знімання за Бреггом – Брентано.
Комплексну діелектричну проникність (дійсну (e ¢ ) та уявну (e ¢¢ ) складові)
вимірювали на частотах 8–12 ГГц за допомогою надвисокочастотного інтерферометра
[7], а електропровідність (σ) на низьких частотах досліджували двоконтактним методом
за допомогою вимірювача іммітансу Е7-14.
Експериментальні результати та їхнє обговорення
Рентгенограми одержаних зразків (рис. 1) свідчать про існування в композитах γ -
фази йодиду міді та аморфно-кристалічної фази ПХТФЕ.
400
1400
2400
3400
4400
5400
6400
7400
8400
9400
10 20 30 40 50 60 702 Q
I
3
2
1
Рис. 1. Дифрактограми композитів
ПХТФЕ/CuI. Концентрація СuI:
1 - 5; 2 - 30; 3 - 55 (% мас).
Розмір кристалітів визначали згідно рівняння Шеррера, за шириною
дифракційних піків: L=0.89λ/Bcosθ, де: λ - довжина хвилі рентгенівського
випромінювання; В – константа, визначена для конкретного дифракційного піку, θ –
дифракційний кут. Розмір кристалітів йодиду міді становив 30 нм.
Залежності e ¢ та e ¢¢ від концентрації CuI для систем ПХТФЕ–CuI та ПХТФЕ/CuI
досліджували на частоті 9 ГГц (рис. 2). Для системи ПХТФЕ–CuI на кривих 1
спостерігаються мінімуми в околі 65 %, пов’язані зі зміною розмірів частинок провідної
фази. Тобто, при зростанні концентрації наповнювача до рівня, коли питомі поверхні
компонентів системи набувають однакових значень, існує певний розподіл частинок
наповнювача в об’ємі полімера. Подальше зростання концентрації призводить до
утворення агрегатів із частинок провідної фази, що може зменшувати питому поверхню
наповнювача до 20 % в залежності від форми частинок [8]. Отже, зменшення значень
комплексної діелектричної проникності в околі 65% (рис. 2, крива 1) відбувається за
рахунок зменшення питомої міжфазної поверхні взаємодії компонентів системи
полімер–наповнювач. Вказаний мінімум на НВЧ спостерігається при значеннях
158
концентрації, які відповідають утворенню неперервних кластерів провідного
компонента. Подібні ефекти спостерігали при дослідженні системи пентапласт–AgI [9].
Рис. 2. Залежності e ¢ (а) та e ¢¢ (б) від вмісту (С) CuІ на частоті 9 ГГц (Т=295К) для
систем ПХТФЕ–CuI (1) та ПХТФЕ/CuI (2).
Для системи ПХТФЕ/CuI спостерігається кілька максимумів в концентраційному
діапазоні від 10 до 75% (рис. 2, крива 2). Це свідчить про наявність кількох порогів
перколяції в даній системі. Можливою причиною такого явища може бути зміна розмірів та
форми частинок CuI на поверхні полімеру в процесі синтезу. Оскільки питома поверхня
ПХТФЕ низька (до 5 м2/г), збільшення концентрації CuI в процесі синтезу призводить до
нелінійного зростання розміру цих частинок. При цьому зменшується відносний вміст
полімеру, а також відносна кількість силанольних груп, які виступають центрами
кристалізації CuI із розчину. Це призводить до утворення частинок більшого розміру.
Для системи ПХТФЕ/CuI зміщення порогу перколяції в область меншого вмісту
наповнювача та зростання значень e ¢ , e ¢¢ , в порівнянні з системою ПХТФЕ–CuI,
пов’язано зі збільшенням міжфазної поверхні взаємодії полімер–наповнювач. Згідно з
[10] електропровідність ПКМ у високочастотній області залежить лише від
електропровідності та концентрації провідного компонента і не залежить від структури
провідних шляхів. Крім того, дослідження розподілу частинок CuI на поверхні
поліхлортрифторетилену за допомогою скануючого електронного мікроскопа показали
(рис. 3), що при збільшенні концентрації йодиду міді на поверхні полімеру, частинки CuI
збільшуються в розмірі і змінюють форму. А саме, при концентрації 10% СuI в системі
утворюються частинки видовженої форми.
А б
Рис. 3. Електронні фотографії композитів ПХТФЕ/CuI (концентрація CuI % (мас.)): а – 5; б – 10.
Відомо [11], що зміна значення аспектного співвідношення (відношення довжини
частинки до її діаметра) призводить до зміщення порогу перколяції в полімерних
159
композиційних матеріалах. Зокрема, при зміні форми наноструктур в полімері від
сферичної до видовженої відбувається зміщення порогу перколяції в область менших
концентрацій провідного компонента.
На рис. 4 представлені результати залежності логарифма електропровідності
систем ПХТФЕ–CuI (1) та ПХТФЕ/CuI (3) від вмісту йодиду міді. Поріг перколяції для
системи, що одержана в процесі модифікування компонентів (крива 3) становить ~ 6%
мас. В зразках, одержаних методом механічного змішування інгредієнтів (крива 1), поріг
перколяції спостерігається за більш високого вмісту CuI, а саме в області ~ 22%.
Зазначимо, що при збільшенні конценрації CuI до 30% в системах значення σ зростає
майже на 6 порядків величини. Після порога перколяції характер кривих зміюються
симбатно, але для системи ПХТФЕ/CuI значення на два порядки величини більші.
Проаналізувавши одержані дані з позиції теорії перколяції, згідно з рівнянням [10]
s=si(θ–θс)t, (1)
де si – електропровідність наповнювача; θ – об’ємний вміст; θс – значення концентрації, що
відповідає порогу перколяції; t – критичний індекс, ми визначили значення порогу
перколяції та критичні індекси. Для систем ПХТФЕ–CuI та ПХТФЕ/CuI значення порогу
перколяції становить θc=0,101 (t=2,78±0,1) і θc= 0,021 (t=2,74±0,1) відповідно, що свідчить
про більш розвинену структуру кластерів в системі, одержаній в процесі модифікування
поверхні полімеру йодидом міді. Розглянуті експериментальні результати досліджень
зазначених систем з точки зору теорії перколяції дозволяють прогнозувати їх
електрофізичні властивості.
Рис. 4. Залежність логарифма
електропровідності
систем ПХТФЕ–CuI (1, 2)
та ПХТФЕ/CuI (3, 4) від
конценрації йодиду міді
на частоті 100 Гц
(Т=295К). 1, 3 –
експериментальні дані, 2,
4 – розраховані згідно
рівняння (1).
Висновки
Розроблена методика синтезу дозволяє розширити діапазон зміни
електрофізичних властивостей системи при збереженні основних фізико-механічних
властивостей полімеру, а в деякому інтервалі концентрацій спостерігається значне
зростання значень e ¢ та e ¢¢ на надвисоких частотах .
Автори висловлюють вдячність к.х.н. Міщенку В.М. (Інститут хімії поверхні
ім. О.О. Чуйко НАН України) за цінні рекомендації з хімічного модифікування поверхні
поліхлортрифторетилену йодидом міді.
Література
1. Добровольский Ю.А., Волков Е.В., Писарев А.В. Протонообменные мембраны для
водородно-воздушных топливных элементов // Рос. хим. журн. – 2006. –Т. 50, № 6.
– С. 95–104.
2. Шапошник В.А. Мембранная электрохимия // Соровcк. образ. журн. – 1999. – № 2. –
С. 71–77.
160
3. Добровольский Ю.А., Писарев А.В., Леонов Л.С. Новые протонпроводящие
мембраны для топливных элементов и газовых сенсоров // Альтерн. энергетика и
экология. – 2004. – № 12.– С. 36–41.
4. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направлений исследований //
Под. ред. М.С. Роко, В.С. Уильямс, П. П.Аливисатоса. – Москва: Мир, 2002. – 292 с.
5. Алферов Ж.И., Асеев А.Л., Гапонов С.В. Наноматериалы и нанотехнологии //
Микросистем. техника. – 2003. – № 8.– С. 3–13.
6. Таланчук П.М., Шматко Б.А., Заика Л.С., Цветкова О.Е. Полупроводниковые и
твердоэлектролитные сенсоры. – Київ: Техника, 1992. – 224 с.
7. Ганюк Л.М., Ігнатков В.Д., Махно С.М., Сорока П.М. Дослідження діелектричних
властивостей волокнистого матеріалу // Укр. фіз. журн. – 1995.–Т. 40, № 6. – С. 627–629.
8. Махно С.М. Електрофізичні властивості систем полімер–іонний провідник в
надвисокочастотному діапазоні // Химия, физика и технология поверхности. –
2008. – Вып. 14.– С. 115–121.
9. Мудрак І.М., Котенок О.В., Рокицький М.О. Електрофізичні властивості системи
пентапласт/йодид срібла // Фізика і хімія тверд. тіла. – 2010. – Т. 11, № 1. – С. 166–169.
10. Чмутин И.А., Рывкина Н.Г., Пономаренко А.Т., Шевченко В.Г. Концентрационная
зависимость электропровордности композитов в области высоких частот //
Высокомолекуляр. соед. – 1996. – Т. 38, № 2. – С. 291–296.
11. Мурадян В.Е., Соколов Е.А., Бабенко С.Д., Моравский А.П. Диэлектрические
свойства композитов, модифицированных углеродными наноструктурами, в
микроволновом диапазоне // Журн. техн. физики. – 2010. – Т. 80, Вып. 2. – С. 83–87.
ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СИСТЕМЫ
ПОЛИХЛОРТРИФТОЭТИЛЕН/ИОДИД МЕДИ
Р.В. Мазуренко, С.Н. Махно, П.П. Горбик
Институт химии поверхности им. А.А. Чуйко Национальной академии наук Украины
ул. Генерала Наумова, 17, Киев, 03164, Украина
Исследованы зависимости комплексной диэлектрической проницаемости и
электропроводности композитов на основе полихлортрифторэтилена от концентрации CuI в
области низких (0,1–10 кГц) и сверхвысоких (8–12 ГГц) частот. Результаты свидетельствуют о
высокой эффективности использования методики синтеза полимерных композиционных
материалов, которая основана на модифицировании поверхности полимеров электропроводящими
компонентами для расширения диапазона управляемого изменения электрофизических свойств.
ELECTROPHYSICAL PROPERTIES
OF POLYCHLORTRIFLUOROETHYLENE/COPPER IODIDE
SYSTEM
R.V. Mazurenko, S.N. Makhno, P.P. Gorbyk
Chuiko Institute of Surface Chemistry of National Academy of Sciences of Ukraine
17 General Naumov Str., Kyiv, 03164, Ukraine
Dependences of dielectric complex permittivity and conductivity of composites based on
polychlortrifluoroethylene on content CuI in field of low (0,1–10 kHz) and ultrahigh (8–12 GHz)
frequencies were investigated. A new technique of fabrication polymer composites materials (PCM) is
proposed based on surface modification of polymer by dispersed conductive components. Analysis of
the experimental data shows that proposed technique has a high efficiency of produce PCM with
enhanced exploitation parameters and wider adjustment range of electrophysical properties.
|
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-442 |
| institution | Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-03-12T17:12:13Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | surfacezbircomua/b3/a3996c960310ae6ca2f4a5749bcccbb3.pdf |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-4422018-11-27T09:38:50Z Electrophysical properties of polychlortrifluoroethylene/copper iodide system Электрофизические свойства системы полихлортрифтоэтилен/иодид меди Електрофізичні властивості системи поліхлортрифторетилен/йодид міді Mazurenko, R. V. Makhno, S. N. Gorbyk, P. P. Dependences of dielectric complex permittivity and conductivity of composites based on polychlortrifluoroethylene on content CuI in field of low (0,1–10 kHz) and ultrahigh (8–12 GHz) frequencies were investigated. A new technique of fabrication polymer composites materials (PCM) is proposed based on surface modification of polymer by dispersed conductive components. Analysis of the experimental data shows that proposed technique has a high efficiency of produce PCM with enhanced exploitation parameters and wider adjustment range of electrophysical properties. Исследованы зависимости комплексной диэлектрической проницаемости и электропроводности композитов на основе полихлортрифторэтилена от концентрации CuI в области низких (0,1–10 кГц) и сверхвысоких (8–12 ГГц) частот. Результаты свидетельствуют о высокой эффективности использования методики синтеза полимерных композиционных материалов, которая основана на модифицировании поверхности полимеров электропроводящими компонентами для расширения диапазона управляемого изменения электрофизических свойств. Досліджено залежності комплексної діелектричної проникності та електропровідності композитів на основі поліхлортрифторетилену від вмісту CuI в області низьких (0,1–10 кГц) і надвисоких (8–12 ГГц) частот. Результати свідчать про високу ефективність використання запропонованої методики синтезу полімерних композиційних матеріалів, що ґрунтується на модифікуванні поверхні полімерів електропровідними компонентами для розширення діапазону керованої зміни електрофізичних властивостей. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2011-08-29 Article Article application/pdf https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/442 Surface; No. 3(18) (2011): Surface; 156-160 Поверхность; № 3(18) (2011): Поверхность; 156-160 Поверхня; № 3(18) (2011): Поверхня; 156-160 3154-8091 3154-8083 uk https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/442/441 Авторське право (c) 2011 R.V. Mazurenko, S.N. Makhno, P.P. Gorbyk |
| spellingShingle | Mazurenko, R. V. Makhno, S. N. Gorbyk, P. P. Електрофізичні властивості системи поліхлортрифторетилен/йодид міді |
| title | Електрофізичні властивості системи поліхлортрифторетилен/йодид міді |
| title_alt | Electrophysical properties of polychlortrifluoroethylene/copper iodide system Электрофизические свойства системы полихлортрифтоэтилен/иодид меди |
| title_full | Електрофізичні властивості системи поліхлортрифторетилен/йодид міді |
| title_fullStr | Електрофізичні властивості системи поліхлортрифторетилен/йодид міді |
| title_full_unstemmed | Електрофізичні властивості системи поліхлортрифторетилен/йодид міді |
| title_short | Електрофізичні властивості системи поліхлортрифторетилен/йодид міді |
| title_sort | електрофізичні властивості системи поліхлортрифторетилен/йодид міді |
| url | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/442 |
| work_keys_str_mv | AT mazurenkorv electrophysicalpropertiesofpolychlortrifluoroethylenecopperiodidesystem AT makhnosn electrophysicalpropertiesofpolychlortrifluoroethylenecopperiodidesystem AT gorbykpp electrophysicalpropertiesofpolychlortrifluoroethylenecopperiodidesystem AT mazurenkorv élektrofizičeskiesvojstvasistemypolihlortriftoétileniodidmedi AT makhnosn élektrofizičeskiesvojstvasistemypolihlortriftoétileniodidmedi AT gorbykpp élektrofizičeskiesvojstvasistemypolihlortriftoétileniodidmedi AT mazurenkorv elektrofízičnívlastivostísistemipolíhlortriftoretilenjodidmídí AT makhnosn elektrofízičnívlastivostísistemipolíhlortriftoretilenjodidmídí AT gorbykpp elektrofízičnívlastivostísistemipolíhlortriftoretilenjodidmídí |