>>

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В последние годы в электронике и фотонике, авио- и ракетостроении, других отраслях промышленности широкое применение находят полимерные композиционные материалы (ПКМ).

Получение новых ПКМ, изучение их строения и свойств является одной из наиболее актуальных проблем физической химии и современного материаловедения.

Особый интерес представляют ПКМ с высокими термическими и сегнетоэлектрическими свойствами. Для придания указанных свойств в качестве матрицы необходимо подобрать соответствующий термостойкий полимер, а затем в него ввести и гомогенно распределить сегнетоэлектрик. В настоящей работе для создания гибких термостойких сегнетоэлектриков предлагается использовать в качестве наполнителя пьезокерамику НЦТС-1 (ниобат-цирконат-титанат свинца), а в качестве матрицы фторсодержащие полимеры и ароматические полиамиды.

Фторсодержащие гибкоцепные полимеры, часто используемые в качестве матрицы ПКМ, сами обладают целым рядом ценных электрофизических свойств. Повышенный интерес исследователей вызывают поливинилиденфторид (ПВДФ) и его сополимеры, обладающие сегнетоэлектрическими свойствами. Наличие высокой спонтанной поляризации и образование полярных нецентросимметричных кристаллитов приводит к появлению высокой пьезо- и пироактивности у таких материалов.

Другим, существенно менее изученным, полимером, который предлагается использовать в качестве матрицы ПКМ является термостойкий полимер - полиамидбензимидазол (ПАБИ), содержащий ароматические и гетероциклические группировки. Основная причина выбора в качестве матрицы термостойкого ПАБИ обусловлена тем, что температура Кюри сегнетоэлектрического наполнителя (180 0С)

значительно ниже температуры стеклования ПАБИ (~350 0C). Это позволяет проводить поляризацию гибкого композита при температурах, близких к точке Кюри без термической деструкции полимера и без заметной его пластической деформации.

Цель и задачи исследования. Целью работы являлось получение и изучение физико-химических свойств и строения ПКМ на основе сегнетоэлектрического наполнителя НЦТС-1 и матрицы из ПВДФ или ПАБИ, а также смеси двух полимеров ПВДФ+ПАБИ.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Получить пленочные образцы на основе ПВДФ, ПАБИ и смеси этих полимеров ПВДФ+ПАБИ.

2. Изучить структуру полученных полимерных матриц с помощью микроскопических и спектральных методов анализа.

3. Оценить термическую стабильность полученных полимерных пленок.

4. Получить ПКМ со связанностью 0-3 типа на основе данных полимерных матриц с пьезокерамикой НЦТС-1 в качестве наполнителя, и изучить их термическую стойкость.

5. Исследовать физико-химические свойства различных ПКМ и провести их сравнительный анализ.

Научная новизна работы. Впервые получен ПКМ из смеси двух полимеров ПВДФ и ПАБИ, который обладает высокими сегнетоэлектрическими свойствами и высокой термостойкостью. С помощью различных оптико-спектральных методов (ИК Фурье- спектроскопия - метод упругого светорассеяния, 3D ИК спектроскопия, оптическая и электронная микроскопия) изучена морфология и «химическое» изображение полученных ПКМ, а также исследована их термическая стойкость. Показано, что при смешении ПВДФ и ПАБИ получается материал, термостойкость которого значительно выше, чем у отдельно взятых полимеров (явление синергизма).

Впервые получен ПКМ (полимер-сегнетокерамика) со связанностью 0-3 типа. Для матрицы, полученной из смеси полимеров и композитов на ее основе, измерено значение спонтанной поляризации, диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь. Обнаружено высокое значение диэлектрической проницаемости для матрицы на основе смеси полимеров, которое в несколько раз превышает значение диэлектрической проницаемости отдельно взятых полимеров. Эти достижения в области композиционного материаловедения позволяют вплотную приблизиться к созданию материалов с уникальным комплексом высоких термических и сегнетоэлектрических свойств.

Практическая значимость работы. Полученные в работе гибкие термостойкие ПКМ с высокими сегнетоэлектрическими свойствами могут быть использованы для изготовления высокочувствительных пьезоэлектрических элементов, актюаторов и акустических датчиков в различных устройствах. Эти ПКМ могут применяться в агрессивных средах.

Основные положения работы, выносимые на защиту:

• методика получения нового трехкомпонентного полимерного композиционного материала;

• данные изучения структуры ПКМ оптико-спектральными методами;

• выявленные закономерности влияния условий получения на структурно-морфологические параметры ПКМ;

• результаты изучения термических и сегнетоэлектрических свойств ПКМ в зависимости от их состава и структуры, сравнительный анализ строения и свойств различных ПКМ.

Общая характеристика объектов и методов исследования. В качестве материала для изготовления ПКМ использованы ПВДФ, ПАБИ и пьезокерамика (НЦТС-1). Экспериментальные исследования выполнены с
применением самых современных достижений в области ИК Фурье- спектроскопии (анализ упругого рассеяния света в ИК диапазоне и запись 3D ИК спектров), оптической микроскопии, метода сканирующей электронной микроскопии и термогравиметрии. Сегнетоэлектрические свойства (диэлектрическая проницаемость, поляризуемость, тангенс угла диэлектрических потерь и электроемкость) образцов характеризовали мостовым методом и методом тепловых шумов.

Личный вклад автора. Автором проведен анализ литературных данных, определены цель и основные задачи работы. Все результаты, приведенные в диссертации, получены самим автором или при его непосредственном участии. Автором осуществлено обоснование методов и реализовано получение представленных в работе материалов, обоснованы и приведены экспериментальные методики по исследованию полученных образцов. Совместно с научным руководителем проведен анализ и интерпретация полученных результатов, сформулированы основные выводы и научные положения, выносимые на защиту. Соавторы совместных публикаций принимали участие в постановке экспериментальных задач, проведении ряда измерений и обсуждении результатов.

Степень достоверности и апробация работы. Достоверность результатов диссертации обеспечивается анализом литературных данных, корректной постановкой исследовательских задач, применением современных методов регистрации и обработки экспериментальных данных, сравнением с результатами, полученными в исследованиях других авторов.

Основные результаты работы были представлены и обсуждены на конференциях: German-Russian conference on fundamentals and applications of nanoscience ( Berlin, Germany, 2012), Russian-French symposium on composite materials. (Saint Petersburg, Russia, 2012), Молодежной научной конференции «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Екатеринбург 2008, 2009), Международной научной конференции

студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2010), Областной научно-технической конференция молодых ученых «Физика, химия и новые технологии» в рамках Каргинских чтений (Тверь, 2008, 2009, 2010), Санкт - Петербургская конференция молодых ученых «Современные проблемы науки о полимерах» (Санкт - Петербург, 2008, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 статей, из них 4 в научных журналах рекомендованных ВАК, а также 14 тезисов докладов на российских и международных конференциях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов и списка цитируемой литературы (118 наименований). Общий объем диссертации составляет 114 страниц машинописного текста, содержит 62 рисунка и 3 таблицы.

| >>
Источник: Данилов Анатолий Юрьевич. ПОЛУЧЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ С ВЫСОКИМИ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ И ТЕРМИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ. АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук. Тверь - 2015. 2015

Еще по теме ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ:

  1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
  2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
  3. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
  4. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
  5. Общая характеристика работы
  6. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
  7. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
  8. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
  9. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
  10. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
  11. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
  12. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
  13. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
  14. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
  15. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
  16. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
  17. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
  18. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
  19. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ