Введение к работе
Актуальность темы. На сегодняшний день кристаллизующиеся полимеры нашли широкое применение в качестве новых материалов с ценными для практики электрофизическими характеристиками. Особое место среди них занимают гибкоцепные кристаллизующиеся полимеры. Накопленный опыт и экспериментальные результаты позволяют сделать вывод о том, что структурой указанных полимеров можно управлять в зависимости от области их применения.
Важное место среди кристаллизующихся полимеров занимают полярные полимеры. К ним относятся кремнийорганические соединения: поли- и олигоорга-носилоксаны, поливинилиденфторид, сополимеры винилиденфторида, трифторэ-тилена, целлюлоза. Данные материалы привлекают внимание исследователей в связи с обнаружением у них пироэлектрических свойств и возможности создания поляризованного состояния.
Среди указанных материалов особое место занимает полимер - полиэтиленок-сид (ПЭО), пироэлектрический коэффициент которого существенно превышает аналогичный параметр для поливинилиденфторида и примерно равен пироэлектрическому коэффициенту триглицинсульфата. Наряду с этим ПЭО широко используется в качестве основы-носителя в гелиевых кремах и мазях, что, наоборот, требует уменьшения степени его кристалличности.
Исследование электрических свойств полиэтиленоксида представляется особенно важным для кристаллизующихся полимеров, поскольку это позволяет установить общие закономерности формирования поляризованного состояния, влияние теплового, электрического, радиационного воздействий на полярную структуру полимеров и тем самым сформировать электроактивные полимерные материалы с улучшенными характеристиками.
Тема диссертационной работы поддержана грантом Российского фонда фундаментальных исследований (№ 07-02-08149) и проектом № 2.1.1/1381 Аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы».
Целью настоящей работы являлось экспериментальное исследование электрических свойств линейного кристаллизующегося полимера полиэтиленоксида различной молекулярной массы в неоднородном температурном поле, а также изучение влияния различных внешних воздействий (радиации, электрических, те-
пловых полей) на поляризационные свойства данного полимера с целью управления электрическими свойствами ПЭО в зависимости от области применения. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
изучение диэлектрических свойств и установление температурных интервалов плавления и кристаллизации ПЭО различной молекулярной массы, а также изменения температуры плавления и кристаллизации в зависимости от молекулярной массы;
получение и анализ термограмм поляризационных токов. Расчет изменения поляризованности в зависимости от температуры и молекулярной массы, нахождения спонтанной поляризованности и пироэлектрического коэффициента исследуемого полимера;
исследование кинетики кристаллизации ПЭО для определения механизма изменения его поляризованности;
исследование влияния у-излучения на электрические свойства ПЭО.
Объектом исследования являлся линейный гибкоцепной кристаллизующийся
о о о о о
полимер - полиэтиленоксид, имеющий М = 2-10 , 4-10 , 6-10 , 15-10 , 20-10 40-103, 1-Ю5 - ПЭГ-2, ПЭГ-4, ПЭГ-6, ПЭГ-15, ПЭГ-20, ПЭГ-40, ПЭО-100 соответственно (группу ПЭО с М<10 принято называть полиэтиленгликолями), помещенный в неоднородное температурное поле. Образцы представляли пленки толщиной 50-70 мкм.
Научная новизна. Все основные результаты данной работы являются новыми. В настоящей работе впервые экспериментально обнаружено наличие пироэлектрических свойств в полиэтиленоксиде. Определена температурная область кристаллизации полиэтиленоксида. Найдена критическая масса, начиная с которой происходит смена механизма кристаллизации. Произведены оценка электрических полей термического происхождения, возникающих при наличии градиента температуры и сравнение их с экспериментальными данными.
Практическая ценность работы определяется возможностью использования ПЭО в качестве пироэлектрических датчиков ИК-излучения. Возможность управления степенью кристалличности образцов за счет воздействие у-излучения на рассматриваемый полимер благоприятствует образованию геля в данном полимере, используемом в медицинских целях.
Основные положения, выносимые на защиту:
Неоднородное температурное поле вызывает поляризацию кристаллизующегося полимера за счет ориентирующего действия фронта кристаллизации на упорядочивающиеся полярные фрагменты полиэтиленоксида.
Рост молекулярной массы уменьшает подвижность полимерных цепей и, как следствие, приводит к увеличению температуры плавления полиэтиленоксида.
Кинетика кристаллизации и рост поляризованности контролируются ростом сферически симметричных образований - сферолитов.
Воздействие гамма - радиации разрушает химические связи, позволяя путем изменения дозы регулировать степень кристалличности исследуемого материала.
Апробация работы. Основные результаты работы представлены и обсуждены на IV-ой Международной технической конференции «Электрическая изоляция -2006», Санкт-Петербург, 2006; IV-ой Международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения», Москва, МИРЭА, 2006; LVII-ой Международной конференции по ядерной физике, Воронеж, 2007; XI-ой Международной конференции по физике диэлектриков Санкт-Петербург, 2008; XVIII-ой Всероссийской конференции по физике сегнето-электриков, Санкт-Петербург, 2008; 5-ой Европейской рабочей школе по пьезоэлектрическим материалам, Монпелье, Франция, 2008; VIII-ой Всероссийской конференции «Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем», Белгород, 2008; V-ой Международной научно-технической школе-конференции «Молодые уче-ные-2008», Москва, 2008; IV-ой Международной школе-семинаре «Высокотемпературный синтез новых перспективных наноматериалов», Барнаул, 2008; XVI-ой Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», Москва, 2009; 6-ом международном семинаре по физике сегне-тоэластиков ISFP-6, Воронеж, 2009.
Публикации и вклад автора. Настоящая работа выполнена на кафедре общей и прикладной физики Воронежской государственной лесотехнической академии в соответствии с планом научно-исследовательских работ кафедры. Все включенные в диссертацию данные получены лично автором или при его непосредственном участии. Автором обоснован выбор методов и объекта исследования, получены все основные экспериментальные результаты, проведены анализ и интерпре-
тация полученных данных. Обсуждение полученных результатов проводилось совместно с научным руководителем д.ф.-м.н., проф. Матвеевым Н.Н.
По теме диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 3 статьи в изданиях ВАК.
Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 103 наименования. Работа содержит 109 страниц машинописного текста, 32 рисунка, 2 таблицы.
