Проблемі модифікації мікро- та нанодисперсних систем (стр. 1 из 9)

Міністерство освіти і науки України

Львівський національний університет імені Івана Франка

Кафедра фізичної та колоїдної хімії

Магістерська робота

Проблемі модифікації мікро- та нанодисперсних систем

Студента V курсу

Гринди Юрія Миколайовича

Львів 2010

Зміст

Перелік умовних позначень

Вступ

1. Літературний огляд

1.1 Електропровідні полімери

1.2 Методи одержання електропровідних полімерів

1.3 ПАн композити

1.4 ПАн – монтморіллонітні композити

1.5 Глауконіт

1.5.1 Рентгенометричні дані

1.5.2 Фізичні властивості

2. Обгрунтування вибору дослідження

3. Експериментальна частина

3.1 Характеристика вихідних речовин

3.2 Методика експерименту

3.2.1 Методика синтезу композитів

4. Результати експерименту

4.1 Рентгенофазовий аналіз Гл/ПАн композитів

4.2 Дериватогафічний та термічний аналіз композиційного матеріалу

4.3 Порівняльне дослідження термодеструкції зразків ПАн синтезованих при різних температурах

4.4 Спектральні характеристики зразків ПАн та композитів

4.4.1 ІЧ-ФП спектри зразків

4.5 Раман- ФП спектри зразків ПАн та Гл/ПАн композиту

4.6 Мікроскопічні дослідження зразків ПАн/Гл

4.6.1 Оптична мікроскопія

4.7 Рентгенофазові дослідження структурного складу зразків ПАн/Гл

4.8 Фізико-хімічні властивості ПАн та ПАн/Гл композитів

5. Обговорення результатів

Висновки

Перелік посилань

Додатки

електропровідність поліаніліновий глауконіт рентгенометричний дериватогафічний

Перелік умовних позначень, символів, одиниць скорочень і термінів

NaПОДС – натрію пероксидисульфат;

Ан – анілін;

ДТА – диференціальний термічний аналіз;

ДТГА– диференціальний термогравіметричний аналіз;

ЕмС - емеральдинова сіль

ЕП – електропровідність;

ЕПП – електропровідні полімери;

ПАн – поліанілін;

ПАР – поверхнево активні речовини;

ПММА – поліметилметакрилат;

ТГА – термогравіметричний аналіз;

Вступ

Науковий інтерес до мікро- та наноструктурованого поліаніліну (ПАн) зумовлений його унікальними властивостями, як наприклад, простота синтезу, низька вартість реагентів, можливість регулювання хімічних і електричних властивостей шляхом зміни окисненого чи відновленого стану полімеру і висока стабільність в різних умовах призвели до широкого використання в якості основного матеріалу чи додатків в мікро- і наноматеріалах для пристроїв різного призначення [1, 2]. Поєднання поліфункціональності мікро- і наноструктур ПАн з оптичними або магнітними властивостями також є цікавим з огляду сучасних технологій, що і привертає широкий науковий інтерес дослідників з різних галузей природознавства.

А також дуже важливого значення приділяють композитам ЕПП з мінералерами, що входять до класу силікатів. Для яких притаманні висока термічна стійкість та досить високі значення електропровідності.

І тому розгляд напрямку синтезу композитних матеріалів мікро- та наноструктурованого ПАн з глинами та мінеральними є досить важливим напрямком у розвитку науки.

Широкий спектр потенційних напрямків вивчений для ПАн. ПАн композитні системи можуть стати джерелом нових синергетичних властивостей, які не можуть бути досягнуті для окремих матеріалів. Серед неорганічних матеріалів для гібридних композитів, малим розміром частинок і легкістю інтеркаляції приділяється увага монтморіллонітових глинам та гідрослюд, в тому числі і глауконіту. Одно-вимірні наноструктури ПАн привернули велику увагу, завдяки своїм унікальним властивостям і застосуванням в електричних нанопристроях.

1. Літературний огляд

1.1 Електропровідні полімери

Відкриття високомолекулярних сполук з високою власною електро-провідністю знаменувало появу нових фундаментальних напрямків дослід-ження і спонукало багаточисленні їх публікації. Спільним для ЕПП є наявність у структурі системи спряжених зв’язків, причому у систему спряження входять C=C, C–N, C–S зв’язки в залежності від природи вихідного мономера. Внаслідок перекривання молекулярних π–орбіталей електрони можуть вільно переміщуватися вздовж ланцюга спряження із створенням зони провідності [1]. Серед ЕПП особливе місце займає поліанілін (ПАн). Полімери аніліну (Ан) та його похідних легко синтезувати хімічним чи електрохімічним окисленням вихідних мономерів [2-5], вони можуть переходити в електропровідний стан легуванням хімічними допантами із газової фази або розчину та електрохімічним шляхом [6-7]. Поліаніліни зберігають свої властивості при контакті з атмосферним киснем і вологою [8], здатні накопичувати електричні заряди високої питомої густини [9], можуть змінювати свій колір в залежності від величини електродного потенціалу [10] та проявляти високу вибіркову чутливість до аміаку, оксидів азоту, парів аліфатичних спиртів тощо [11-13]. Шляхом сумісної окиснювальної конденсації орто-фенілдіаміну з піримідиламіном були синтезовані аморфні полімери, які є стійкими при нагріванні до 560 0С [14].

Інтерес до ЕП органічних матеріалів в останній час значно виріс, що пов’язано з розвитком нових галузей науки і техніки, зокрема, нанотехнологій, засобів відображення інформації, перетворювачів енергії нового типу [15], а також з необхідністю зменшення витрат матеріалів.

Рисунок - 1.1.1 Значення провідності основних типів спряжених полімерів.

Однак, широке практичне використання таких матеріалів стримується через їхні недосконалі механічні властивості, через низьку їх еластичність, погану здатність до термопластичної обробки. Особливого значення набувають полімерні композити на основі спряжених поліаміноаренів, здатних змінювати забарвлення і відповідно спектральні характеристики під дією електричного поля або температури. Позитивних результатів слід очікувати при використанні композитів електропровідних полімерів з високопластичними матеріалами, зокрема з відомими полімерами–поліакрилатами, полікарбонатами, полівінілхлоридом та ін.

ЕП дають змогу забезпечити перехід метал – ізолятор і здійснити процес створення нового покоління матеріалів з електричними і оптичними властивостями металів чи напівпровідників. Найбільш важливими областями застосування таких електропровідних сумішей або композитів є антистатичні матеріали [16, 17]. Деякі матеріали, у яких використано політіофен або поліанілін вже використовуються у виробництві екранів [18]. Іншим важливим застосуванням електропровідних полімер-полімерних композитів є їхня здатність до поглинання електромагнітного поля, що може бути використано для антирадарного захисту. Перспективним є застосування таких композитів в електротехнічній, електронній, радіотехнічній та інших галузях виробництва для отримання струмопровідних адгезивів, герметиків, заливних композицій та антистатичних покрить на металічних і неметалічних поверхнях.

Більшість полімерів є електроізоляторами з дуже низьким питомим об’ємним опором. Але з них можна виготовити електропровідні композиції шляхом введення дисперсних наповнювачів (технічний вуглець, графіт, вуглецеві волокна або метали).

Провідність полімерних матеріалів, що містять електропровідні наповнювачі, може змінюватись в межах десяти десяткових порядків, досягаючи значень від ізоляторів до металів (рис. 1.1.1), ЕПП є одним з найбільш цікавих класів низькорозмірних матеріалів. Основні типи спряжених полімерів наведено на рис. 1.1.1.

ЕПП матеріали використовують як електроактивні плівки, інгібітори корозії, антистатичні покриття, захисні екрани від електромагнітного випромінювання, а також для створення джерел струму та оптичних вікон із регульованою областю прозорості. В останній третині XX століття синтезовані провідні й напівпровідникові полімери зі спряженими зв’язками, які можуть знайти застосування в створенні високовпорядкованих органічних матеріалів та нанодисперсій [19]. ПАн і його похідні (поліаміноарени) вважають одними з найбільш перспективних спряжених полімерів внаслідок високої стабільності, відносно низької собівартості та різноманітності електронних та оптичних властивостей, здатності поглинати радіоактивні промені. Тому саме ці ЕПП становлять найбільший інтерес для отримання функціональних полімер-полімерних композитів.

Досліджень в галузі створення полімер-полімерних струмопровідних композитів досить небагато, і вони, як правило, мають пошуковий, несистематичний характер.

1.2 Методи одержання електропровідних полімерів

Органічні полімери з системою спряжених зв’язків можуть бути синтезовані класичними методами хімічної вільнорадикальної полімеризації [20]. Окиснення аніліну (Ан) проводять у водних, водно-органічних (вода-метанол, вода-ацетон, вода-ецетонітрил, гексан-вода, толуен-вода, тощо) та органічних розчинах (ацетонітрил, пропіленкарбонат) мінеральних кислот (HCl, HClO4, HNO3, H2SO4, H3РO4 та ін.), органічних кислот (мурашина, оцтова, гексанова, винна, яблучна, пара-толуенсульфонова та ін.) як при перемішуванні так і без нього [24].

Синтез ПАн окисненням Ан різними окисниками у водних розчинах використовують не тільки для отримання дисперсного ПАн, а й для модифікації різних матеріалів цим полімером у процесі синтезу (in situ) [26-28, 24].

Проблема нанесення електроактивних полімерів і ПАн, зокрема у вигляді плівок чи дисперсій на матеріали різної природи методом in situ в процесі хімічного синтезу [27, 25] має важливе практичне значення. Частина ПАн, що формується в об’ємі реакційного середовища, може самочинно осідати на поверхню різних матеріалів (субстратів), занурених в полімеризаційний розчин. Ефективність осадження шару ПАн на різні субстрати забезпечують вибором умов проведення реакції окиснення Ан, співвідношенням концентрацій окиснювач/мономер, температури реакції й відповідної попередньої підготовки поверхні субстрату [27].