Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Физико-математические науки
Физика конденсированного состояния

Диссертационная работа:

Чепурная Наталья Анатольевна. Исследование природы электретного состояния в пленках на основе винилиденфторида методами термоактивационной и инфракрасной спектроскопии : Дис. ... канд. физ.-мат. наук : 01.04.07 : Санкт-Петербург, 2003 147 c. РГБ ОД, 61:04-1/543

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 4

Глава 1. Электретный эффект в полимерных сегнетоэлектриках

  1. Поливинилиденфторид. Структура и физические свойства 11

  2. Электретный эффект в диэлектриках 26

  3. Методы исследования диэлектриков 35

  1. Теория термоактивационных процессов 3 5

  2. Теория инфракрасной спектроскопии полимеров 41 Глава 2. Объекты исследования. Техника и методика

эксперимента

  1. Исследуемые образцы 60

  2. Поляризация образцов в поле коронного разряда 63

  1. Экспериментальное оборудование для исследования материалов методом термостимулированной релаксации поверхностного потенциала 65

  2. Экспериментальное оборудование для исследования оптических спектров пропускания 69

2.5. Методика измерения и расчета спектров пропускания в
ИК-области 71

2.6. Измерение фотопроводимости, пьезомодуля и AFM-
образов поверхности полимерных пленок 75

Глава 3. Исследование природы электретного состояния в пленках на основе винилиденфторида методами термоактивационнои и инфракрасной спектроскопии

  1. ИК-спектроскопия полимерных пленок 79

  2. Трехслойная структура фторполимерных пленок 96

  3. Термостимулированная релаксация поверхностного

потенциала (ТСРПП). 108

3.4. Модель формирования и релаксации электретного
состояния в пленках гомополимера и сополимера винилиденфторида
с тетрафторэтиленом 120

Заключение 130

Библиография 132

Введение к работе:

Актуальность темы. В последнее время среди пьезоэлектрических материалов особое место занимает поливинилиденфторид (ПВДФ), высокая пьезоактивность которого выделяет данный материал среди полимерных сегнетоэлектриков. Уникальные электрофизические и прикладные свойства данного полимера объясняют тот нарастающий интерес к исследованию активных диэлектрических свойств пленок, который стал особенно заметен в последние 3-5 лет. Возможность создания в полимерных пленках ПВДФ высоких полей, и такие отличные механические качества как гибкость, прочность, эластичность обеспечили более эффективное применение данного полимера по сравнению с другими широко известными пьезоэлектрическими материалами (кварц, титанат бария, пьезокерамика) для осуществления пьезо- и пиропреобразователей.

Как известно, активные диэлектрические свойства полярных полимеров наиболее ярко проявляются после поляризации в электрическом поле, т.е. после формирования в них электретного состояния. Более того, технические характеристики изделий на основе пленочных полимеров, их температурная, радиационная стойкость определяются в конечном итоге процессами накопления и релаксации заряда в полимерных пленках. Поэтому исследование природы электретного эффекта необходимо для понимания процессов, происходящих в таких материалах, и, следовательно, получения возможности прогнозирования и целенаправленного изменения их функциональных свойств.

В большинстве случаев ПВДФ и его сополимеры исследовались, в основном, на предмет пьезо- и пиросвойств, а электретный эффект в таких объектах исследован недостаточно. Все это в значительной степени

сдерживает новые, перспективные области применения данного полимерного материала.

Исследованию поляризации в тонких пленках на основе ПВДФ посвящено множество работ, однако, как показывает анализ материалов последних международных симпозиумов по электретам (ISE-9, Шанхай-1996, ISE-10, Делфи-1999, ISE-11, Мельбурн-2002), нет единого мнения о механизмах наблюдаемых процессов. Одной из возможных причин такого положения является сложность строения объекта исследования, относящегося к классу полярных частично-кристаллических полимеров, обладающих сегнетоэлектрическими свойствами. В отличие от неполярных полимеров, в которых отсутствует дипольная поляризация, в полярных полимерах она играет важную роль в релаксационных процессах. Электретный эффект в таких материалах обусловлен сложным характером взаимодействия неравновесного заряда и поляризации.

Кроме того, результаты экспериментальных исследований оказываются зачастую противоречивыми и трудно сопоставимыми, поскольку отсутствует достаточное количество работ, в которых бы проводилось комплексное исследование ПВДФ различными методами при использовании одинаковых «начальных условий» (т.е. одинаковой морфологии, предыстории и изготовления пьезоэлектрически активных образцов), в одинаковых экспериментальных условиях, с применением адекватной методики обработки данных.

Представляет особый интерес сравнение электретных свойств пленок ПВДФ и сополимера винилиденфторида с тетрафторэтиленом (ТФЭ) (5% мол), синтезируемого в России, и исследование влияния сополимеризации на формирование электретного состояния с целью прогнозирования и улучшения электретных свойств.

В связи с выше сказанным возникла необходимость проведения комплексного исследования формирования и релаксации электретного состояния в данном материале.

Поэтому целью данной работы являлось исследование механизмов формирования и релаксации электретного состояния в полимерных пленках поливинилиденфторида и сополимера винилиденфторида с тетрафторэтиленом с помощью методов ИК- и термоактивационной спектроскопии. Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи:

Проанализировать современное состояние физики электретного эффекта в полярных фторполимерах, обладающих сегнетоэлектрическими свойствами.

Проанализировать возможности термоактивационной спектроскопии (в частности, термостимулированной релаксации потенциала) и ИК-спектроскопии для совместного исследования природы электретного состояния в полимерных пленках ПВДФ и П(ВДФ-ТФЭ) (5 мол %).

Разработать методику и выбрать оптимальные режимы комплексного исследования тонких пленок ПВДФ и П(ВДФ-ТФЭ) (5мол.%).

Исследовать механизмы формирования и релаксации электретного состояния в пленках поливинилиденфторида.

Выяснить влияние сополимеризации ВДФ с ТФЭ на электретные свойства.

Разработать физическую модель формирования и релаксации электретного состояния в ПВДФ и сополимере винилиденфторида с тетрафторэтиле ном.

Научная новизна. Особенностью данной работы является то, что в ней, в отличие от предыдущих работ, реализован комплексный подход, включающий использование хорошо апробированных методик, таких как

термостимулированная релаксация поверхностного потенциала и ИК-спектроскопия, в совокупности с набором аналитических средств, характеризующих строение и структуру полимера. Это позволило получить новую информацию об особенностях формирования и релаксации электретного состояния в исследуемых материалах. Выбор методов исследования продиктован условиями, обеспечивающими возможность определения искомых параметров и характеристик именно в электретном режиме, на одной и той же пленке.

В отличие от большинства работ, в которых релаксационные
процессы в полимерных пленках ПВДФ и сополимере с
тетрафторэтиленом изучались с применением метода

термостимулированной деполяризации (ТСД), в данной работе впервые проведено исследование пленок ПВДФ и сополимера винилиденфторида с тетрафтроэтиленом (ТФЭ 5% мол) методом термостимулированной релаксации поверхностного потенциала (ТСРПП) с последующей обработкой результатов численными методами на основе регуляризующих алгоритмов.

В отличие от других работ, впервые проведен комплекс измерений ИК-спектров неполяризованных пленок ПВДФ и сополимера ЩВДФ-ТФЭ), поляризованных в поле положительного и отрицательного коронного разряда, а также после экспериментов по термостимулированной релаксации поверхностного потенциала пленок, позволивший выявить особенности изменения структуры полярных полимерных пленок на основе ВДФ под действием приложенного электрического поля и последующих экспериментов по термостимулированной релаксации поверхностного потенциала. Применение ИК-спектроскопии также позволило получить новую информацию о строении исследуемых полимерных пленок, которая, как оказалось, может быть промоделирована в виде трехслойной структуры.

Исследована поверхностная фотопроводимость пленок на основе

вдф.

В рамках развиваемого подхода, в отличие от известных работ, посвященных изучению электретного эффекта в полимерных пленках на основе ВДФ, в данной работе получены следующие новые научные результаты:

Продемонстрирована информативность исследования электретного эффекта в полярных полимерах на основе ВДФ при использовании комплекса методов: ИК-спектроскопии и термостимулированной релаксации потенциала.

Показано, что исследуемые пленки являются неоднородными по толщине, и могут быть промоделированы в виде трехслойной структуры. Оптическим методом определены параметры поверхностных слоев.

Обнаружены особенности поверхностной фотопроводимости в пленках сополимера П(ВДФ-ТФЭ) в отличие от гомополимера, которые могут быть связаны с наличием глубоких центров захвата заряда в поверхностных слоях пленок сополимера.

Достоверность и научная обоснованность результатов и выводов диссертации обеспечивается: использованием адекватных поставленным целям и задачам современных экспериментальных методик; сопоставлением, где это возможно, результатов исследования с литературными данными; интерпретацией полученных результатов с опорой на современные теоретические представления, учитывающие специфику механизмов электретного эффекта в полярных полимерных материалах.

Теоретическая и практическая значимость.

Предложены механизмы формирования и релаксации электретного состояния в полимерных пленках на основе ВДФ, знание которых открывает возможности прогнозирования и целенаправленного изменения свойств различного рода преобразователей на основе ВДФ и его сополимеров.

Предложенный комплекс экспериментальных методик может быть применен для исследования электретного эффекта других полярных полимерных материалов.

Результаты проведенных исследований используются в учебном процессе в РГПУ им. А.И. Герцена при подготовке магистров наук по направлению «Физика конденсированного состояния».

Рекомендации об использовании результатов диссертационного исследования. Материал исследования может быть использован в НИИ, ВУЗах и на предприятиях, занимающихся разработкой и исследованием активных полимерных диэлектриков: ОНПО «Пластполимер», ФТИ им.А.Ф.Иоффе, СПбГУ, МИРЭА (Москва) и др.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Ориентированная пленка на основе ВДФ содержит тонкие приповерхностные слои, характеризующиеся нестехиометрическим составом. Таким образом, данная пленка может быть промоделирована в виде трехслойной структуры.

  2. Исследование кинетики поверхностной фотопроводимости позволяет установить наличие уровней захвата в поверхностных слоях пленок ПВДФ и сополимера П(ВДФ-ТФЭ) (5 мол.%), которые обуславливают специфику формирования и релаксации электретного состояния в объектах исследования.

3. Физическая модель электретного эффекта в пленках поливинилиденфторида и сополимера винилиденфторида с тетрафторэтиленом, в которой, в рамках представлений о трехслойной структуре исследуемых материалов, релаксацию потенциала можно связать с особенностями взаимодействия неравновесного заряда, инжектированного в процессе поляризации, и гетерозаряда (дипольной поляризации) в полимерных сегнетоэлектриках.

Апробация результатов исследования. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: 9 Международной конференции «Физика диэлектриков» (Диэлектрики -2000) (Санкт-Петербург, 2000г.); Восьмой Всероссийской Научной Конференции молодых ученых «ВНКСФ-8» (Екатеринбург, 2002); Международной научно-технической конференции «Пленки - 2002» (Москва, 2002); Международной научно-технической школе-конференции «Молодые ученые - науке, технологиям и профессиональному образованию» (Молодые ученые - 2003) (Москва, 2003); научных семинарах кафедры общей и экспериментальной физики РГПУ им. А.И.Герцена (2001-2003 г.г.).

Подобные работы
Кожевникова Ника Олеговна
Природа электретного состояния в пленках и волокнитах на основе полипропилена и полиэтилентерефталата
Юльметов Айдар Рафаилевич
Структура и магнитнорезонансные параметры молекулярных систем на основе методов молекулярной механики, квантовой химии и спектроскопии ЯМР
Колыванов Евгений Леонидович
Исследование методами акустической спектроскопии процессов структурной релаксации и кристаллизации в объемных металлических стеклах
Крушельницкий Алексей Германович
Молекулярная динамика белков и полипептидов. Исследование методом релаксационной и обменной ЯМР-спектроскопии
Гевко Павел Николаевич
Исследование структуры химически модифицированных образцов углеродных нанотруб методом спектроскопии оптического поглощения
Кирьянов Сергей Александрович
Исследование локальной атомной структуры мультислоев Fe/Cr методом EXAFS спектроскопии
Камочкин Алексей Сергеевич
Исследование поверхностей переходных металлов методом электронной оже-спектроскопии с разрешением по спину
Акаева Абидат Имамусейновна
Исследование процессов молекулярной релаксации в перхлоратах щелочных металлов методом спектроскопии комбинационного рассеяния света
Хазем Махмуд Али Дарвиш
Исследование бозе-конденсации куперовских пар в решетках металлоксидов меди методом эмиссионной мессбауэровской спектроскопии
Шахов Александр Алексеевич
Исследование фторидов со структурой перовскита, активированных ионами таллия и свинца, методами оптической и ЭПР спектроскопии

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net