Диэлектрические композиты на основе модифицированного субмикронного титаната бария и цианового эфира ПВС (стр. 9 из 14)
Рисунок 14 – Микрофотографии АСМ композитов на основе ЦЭПС с BaTiO3в исходном состоянии (а) и после модифицирования введением оксидов кобальта (б) и ниобия (в, г)
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
В целом на основании полученных данных можно сделать вывод о том, что диэлектрическая проницаемость гибридных композитов на основе полимерной матрицы ЦЭПС и титаната бария в качестве наполнителя может быть значительно повышена посредством модифицирования поверхности BaTiO3 оксидом ниобия. Достигнутый эффект обусловлен следующими взаимосвязанными факторами:
- разупорядочением структуры поверхностного слоя титаната бария, приводящим к изменению координационного окружения атомов титана с формированием анатазоподобной структуры;
- образованием на поверхности наполнителя гидроксильных групп слабокислого, нейтрального и основного характера, эффективно взаимодействующих с полимерной матрицей, что препятствует агломерации частиц наполнителя и оказывает ориентирующее действие на полярные группы полимера.
Установлена положительная корреляция между содержанием указанных функциональных групп на поверхности наполнителя и диэлектрической проницаемостью композита.
Полученные данные перспективны для прогнозирования диэлектрических свойств органо-неорганических композиционных материалов на основе анализа функционального состава поверхности неорганического наполнителя и получения композиционных материалов с улучшенными диэлектрическими характеристиками для применения в составе конденсаторов, электролюминесцентных источников света и других электронных устройств.
ЛИТЕРАТУРА
1. Композиционные материалы / М. Л. Кербер // Соровский образовательный журнал. - 1995. - №5. - С. 34.
2. Достижения в области композиционных материалов / Под ред. Дж. Пиатти М.: Металлургия, 1982. – 304 с.
3. Полимерные матрицы для высокопрочных армированных композитов / А.А. Берлин, Л. К. Пахомова // Высокомолекулярные соединения. – 1990. – Т. (А) 32, №7. - С. 1347-1385.
4. Современные полимерные композиционные материалы / Берлин А.А. // Соровский образовательный журнал. - 1995. - №1. – С. 57-65.
5. Кербер М. Л. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: учебное пособие / М.Л. Кербер, В.М. Виноградов, Г.С. Головкин и др.; под общ. ред. А.А. Берлина. – СПб.: Профессия, 2008. – 560 с.
6.http://www.e-plastic.ru/main/articles/r2/pk01/Композиционные материалы.
7.http://thesaurus.rusnano.com/index.php /Словарь нанотехнологических и связанных с нанотехнологиями терминов.
8. Перепелкин К.Е. Армирующие волокна и волокнистые полимерные композиты. – СПб.: Научные основы и технологии, 2009. – 380 с.
9. Полимерные нанокомпозиты /Чвалун С.Н // Природа. - 2000.-№ 7.– С. 22-30
10. Пасынков В.В. Материалы электронной техники / Пасынков В.В., Сорокин В.С. - 2-е изд. - М.: ВШ., 1986. – с. 367.
11. Бурковский В.Л. Физические явления и эффекты в технических системах: учебное пособие / В.Л. Бурковский [и др.]. - Воронеж, 2007. - 242 с.
12. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики / Смоленский Т. А. [и др.] – М.: Наука, 1979. – 476 с.
13. Барфут Дж. Введение в физику сегнетоэлектрических явлений / Под ред. Л.А. Шувалова. – М.: Мир, 1970. – 352 с.
14. Корсаков В.Г., Физическая химия твердого тела / Корсаков В.Г, Сычев М.М., Мякин С.В., – СПб.: Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2008. - 177 с.
15. Литовченко В. Г., Основы физики микроэлектроники систем металл-диэлектрик-полупроводник / В.Г Литовченко, А.П. Горбань. – Киев: Наукова думка, 1978. – 37 с.
16. Ренне В. Т. Пленочные конденсаторы с органическим синтетическим диэлектриком.- М.: Госэнергоиздат, 1963. - 203 с.
17. The Effect of the Dielectric Constant of the Embedding Media on Electroluminescent Light Intensity / J. Tanaka, D. Berg // J. Electrochem. Soc., 1963, V. 110. - № 6. – Р. 580-582.
18.Wlasnosci dielektrykow / J.Antoniewicz // WNT. – 1971. - С. 34.
19.КозловМ. П., ПрокофьеваМ. В. // Пластмассы. – 1966. – Т.10. – С.17.
20. Михайлов Г. П. // Журнал Всесоюзного химического общества им. Д. И. Менделеева. – 1961. – Т. 6, № 4. – С. 404.
21. А.с. 385408 СССР / Способ изготовления электролюминесцентных панелей / В. И. Долгополов, Л. Н. Долгополова, Т. И. Белогловская. — 1973. - Бюл. № 25. – 8 с.
22. Особенности структурных превращений в акриловых дисперсиях / Б. Л. Хавкина // Пластические массы. – 1991. – № 3. – С. 12–16.
23. High dielectric constant composites for the electroluminescent displays / S. A. Alexeev, M. M. Sychov, O. V. Likhacheva, V. G. Korsakov, A. G. Rodionov, L. L Ejenkova // Displays optics, 23-24 October, St. Peterburg. - 2004. – p. 35.
24. Структура, свойства наполненных полимерных систем и методы их оценки / Ю. С. Липатов // Пластмассы. – 1976. – № 11. – С. 6–10.
25. The mechanism of the barrier effect in solid dielectrics / O. S. Gefle, S. M. Lebedev, V. Ya. Uschakov // J. Phys. D: Appl. Phys. – 1997. – V. 30. – P. 3267–3273.
26. Interfaces and nanodielectrics are synonymous / T. J. Lewis // Proc. Intern. Conf. Solid Diel.,5–9July. – 2004. – V. 2. – P. 792–795.
27. The barrier effect in dielectrics. The role of interfaces in the breakdown of inhomogeneous dielectrics / S. M. Lebedev, O. S. Gefle, Y. P. Pokholkov // IEEE Trans. Diel. Electr. Insul. – 2005. – V. 12, №3. – P. 537–555.
28. Dielectric nanocomposites with insulating properties/ Т. Tanaka // IEEE Trans. Diel. Electr. Insul. – 2005. – V. 12, № 5. – P. 914–928.
29. Influence of polarisation on breakdown strength of polymeric composite dielectrics / O. S. Gefle, S. M. Lebedev, Yu. P. Pokholkov, D. P. Agoris, I. Vitellas // IEE Proc. Sci. Meas. Technol. – 2001. – V. 148, № 3. – P. 125–128.
30. Поведение композиционных материалов с наполнителем из сегнетоэлектрической керамики в электрическом поле / О. С. Гефле, С. М. Лебедев, С. Н. Ткаченко // Известия Томского политехнического университета. – 2005. – Т. 308, № 4. – С. 64–68.
31. Вещества с высокой и сверхвысокой диэлектрической проницаемостью / Б. М. Вул // Успехи физических наук. – 1967. – Т. 93, №11. – С. 541-552.
32. Титанат бария – новый сегнетоэлектрик / А. В. Ржанов // Успехи физических наук. - 1949. - Т. 38, вып. 4. - С. 461-489.
33. Megaw Н. D. // Proc. Phys. Soc. – 1946. - V. 58. – P. 133.
34. Функциональные наполнители для пластмасс / Под ред. Мариино Ксантоса. – СПб.: НОТ, 2010. - 462 с.
35.Алексеев С. А. Влияние донорно-акцепторных свойств поверхности функциональных наполнителей на характеристики композитов с циановым эфиром поливинилового спирта: дис. ... канд. хим. наук.–СПб. – 2005. – 140 с.
36. Прогнозирование диэлектрических свойств полимерных композитов на основе термодинамической модели / В. Г.Корсаков, С. А.Алексеев, М. М.Сычев, М. Н.Цветкова, Е. В.Комаров, Б. Ли, С. В.Мякин, И. В.Васильева // Журнал прикладной химии. – 2007. - Т.80, вып.11. - С. 1908-1912.
37.Проблемы золь-гель синтеза композиционных стеклокерамических материалов / С. В. Хашковский, О. А. Шилова, Л. А. Кузнецова // Вопросы химии и химической технологии. – 2001. - №1. - С. 68-74.
38. Максимов А. И. Основы золь-гель технологии нанокомпозитов / А. И. Максимов, В. А. Мошников, Ю. М. Таиров, О. А. Шилова. – СПб.: ООО "Техномедиа" / Изд-во "Элмор", 2008. – 255 с.
39.Новый вариант обработки электронных спектров диффузного отражения / Е. А. Соснов, А. А. Малков, А. А. Малыгин // Журнал физической химии. - 2009. - Т. 83, №4. - С. 746-752.
40. Природа поверхности пирогенного диоксида титана по данным оптической микроскопии / Е. А. Соснов, К. Л. Васильева, А. А. Малков // Журнал физической химии. - 2010. - Т. 84, №6. - С. 1141-1145.
41. Косинская Л.В., Кочеров Н.П. Технико-экономические расчеты в дипломном проекте: Метод. Указания. — СПбГТИ(ТУ), 2002. — 33 с.
Кочеров Н.П. Технико-экономическое обоснование инженерных решений при проектировании химических производств: Метод. указания. – СПб.: ГОУ ВПО СПбГТИ(ТУ), 2009. - 45 с.
42. ГОСТ 12.0.003 - 74 ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация. - В кн.: ГОСТ 12.0.001 - 74 и др. – М.:1981. – 10-13 с.
43. ГОСТ 12.1.005 - 88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. – М.: Издательство стандартов, 1988. - 75 с.
44. Пожаровзрывоопастность веществ и материалов и средства их тушения: Справочник: в 2-х ч. – 2 изд., перераб. и доп. / Под ред. А.Я. Корольченко. – М.: Асс. "Пожнаука", 2004. – Ч.1 - 713 с.; Ч.2 – 757 с.
45. Вредные вещества в промышленности. Т. 1,2,3. / Под ред. Н.В. Лазарева. – М.: Химия, 1976, 1977.
46. НПБ 105-03. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности. – М.: Гл. упр. Гос. противопожарной службы МВД России, 1996. – 32 с.
47. ГОСТ 12.1.004 - 76 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования. – М.: Издательство стандартов, 1992. – 78 с.
48. Правила устройства электроустановок. — М.: Главгосэнергонадзор России, 1998. – 607 с.
49. СН-245-71. Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий, М.: Изд-во литературы по строительству, 1972. – 89 с.
50. ГОСТ 12.4.021-75. ССБТ Системы вентиляционные. Общие требования. – Введ. 1977-01-01. – М.: Стандартинформ, 2007. – С. 2-4.
51. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение производственных помещений. Нормы проектирования. — М.: Стройиздат, 1995. – 48 с.
52. Захаров Л. Н. Техника безопасности в химической лаборатории. Справ. изд. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1991. – 336 с.
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Патентный поиск
Проведён патентный поиск по теме: Синтез и применение композиционных материалов на основе полимеров и сегнетоэлектриков. Проанализированы патенты за период с 1996 по 2010 гг., результаты патентного поиска приведены в таблице А.1.
Таблица А.1 – Результаты патентного поиска
| Предмет поиска | Страна выдачи, номер патента, дата регистрации | Сущность технического решения |
| Полимерный композиционный материал | РФ№ 2111568, 21.05.1996 г. | Изобретение относится к электроизоляционным материалам, используемым в кабельной промышленности. Полимерный композиционный материал содержит термопластичный сополимер, сажистый углерод в качестве токопроводящего наполнителя и неорганический наполнитель с диэлектрической проницаемостью e= 150-15000 при суммарном содержании указанных наполнителей 30-40 мас.ч. на 100 мас.ч. полимера, а содержание каждого из наполнителей не менее 10 мас.ч. на 100 мас. ч. полимера. |
| В качестве неорганического наполнителя используют спек титаната бария с удельной поверхностью не менее 2300 см2/г. Полимерный композиционный материал может быть дополнительно сшит ионизирующим излучением, причем масса гель-фракции составляет 30-70% по отношению к массе полимера. Полимерный материал может быть дополнительно ориентирован при температуре, превышающей температуру плавления несшитого материала, но ниже температуры деструкции сшитого полимера. | ||
| Устройство для получения электрической энергии | РФ№ 2390907, 4.07.2008 г. | Устройство может найти применение в электротехнике в качестве автономного источника электро-питания. Устройство содержит корпус с пакетом пластин обоих знаков, разделенных слоем сегнетоэлектрика и оборудованных зарядовой пластиной, отделенных от остальных слоем сегнетоэлектрика и выполненной из биполярного электрета, например, политетра-фторэтилена, полиэтилентерефталата, поликарбоната, титаната кальция, стекла, ситаллов и др.: в качестве сегнетоэлектрика использован стабилизированный монокристал-лический сегнетоэлектрик, например,титанат бария, поливинилиденфторид, триглицинсульфат, сегнетова соль, дигидрофосфат калия, ниобат лития, фторберилат аммония и др.: в пакете пластин по меньшей мере одна элементарная ячейка, состоящая из одного электрета и двух металлических пластин, все слои максимально плотно прилегают к друг |
| другу и размещены в последовательности: металлическая пластина – сегнетоэлектрик – электрет – сегнетоэлектрик – металлическая пластина; при наличии в пакете более одной элементарной ячейке каждая следующая ячейка прилегает к предыдущей одноименными зарядами металлических пластин. Изобретение обеспечивает утилизацию внутренней энергии используемого вещества. | ||
| Композиционный керамический материал на основе смешанного титаната бария и стронция и метод его получения | Китай№ CN101844919 (А)29.09.2010 г. | В изобретении предлагается композиционный керамический материал на основе титаната бария и стронция состава Ba0.6Sr0.4TiO3, характеризующийся хорошей регулируемостью характеристик и получаемый из аналитически чистых BaCO3, SrCO3 и TiO2 в качестве материала матрицы и совместно введенных в нее в качестве добавок аналитически чистых ZnO (0,5-5 масс.%), Al2O3 (10-30 масс.%) и MgO (10 масс. %) с получением порошкового композиционного оксидного материала состава |
| Ba0.6Sr0.4TiO3 посредством размалывания на шаровой мельнице, высушивания и предварительного спекания с последующим добавлением 5-10 масс. % PVA для обеспечения возможности формовки прессованием и получением керамического материала со степенью регулируемости характеристик от 18 до 42 % после прокаливания. Предлагаемый материал отличается стабильной и надежной технологией получения, характеризуется пониженными и регулируемыми значениями диэлектрической проницаемостью и диэлектрических потерь и перспективен для применения в составе фазовых преобразователей, динамических запоминающих устройств про-извольного доступа, обеспечивая повышение эффективность работы таких устройств. | ||
| Стекло-керамический композиционный материал, получаемый совместным низко-температурным обжигом, срегулируемойдиэлектрическойпроницаемостью и метод его получения | Китай№ CN101857375 (A)13.10.2010 г. | Композиционный материал получают из следующих исходных компонентов: 0,5-20 % BaxSr1-xTiO3 (х=0,3-1) и 80-99,5% фторированного алюмо-силикатного стекла, которое получают из следующих исходных компонентов в указанном массовом соотношении: 30-70 % SiO2, 20-50 % AlF3 и 5-30 % CaF2. После смешивания компонентов в указанном соотношении к ним добавляют этанол или воду, полученную смесь размалывают на шаровой мельнице, сушат и подвергают низкотемпературному обжигу Преимуществами предлагаемого материала являются: 1) низкие значения температуры спекания (750 - 850 °С) и степени усадки при спекании (8-15 %) и 2) возможность регулирования диэлектрической проницаемости (при частоте 1ГГц) в интервале от 8 до 50 в сочетании с очень низкими диэлектрическими потерями (менее 0,002) и повышенной механической прочностью. |
ПРИЛОЖЕНИЕ Б