Введение к работе
Актуальность темы. Электрические свойства полимерных материалов и жидких кристаллов при различных температурах очень важны при создании новых технологий микроэлектроники и машиностроения.
Современные методы измерений и теорий диэлектрической проницаемости и потерь позволяют в ряде случаев связать их зависимость от температуры и частоты электрического поля со строением, например, макромолекул полимеров и характером теплового движения элементарных звеньев в них.
С другой стороны, в последние десятилетия большое внимание уделяется полимерам, представляющим системы со значительной степенью микронеоднородности. Например, благодаря своему стереорегулярному строению такой полимер, как синдиотактический 1,2 - полибутадиен (1,2-СПБ), обладает в определенных условиях особыми физико-химическими свойствами. Реально (1,2-СПБ) представляет композицию аморфной фазы и нанокристаллов, содержание последних зависит от стереорегулярности (чередования) виниловых групп. Его свойства, как термоэластопласта, делают этот полимер перспективным для использования в различных областях техники, где требуется хорошее сочетание пластика со свойствами каучука, а также как присадки в полимерные материалы и масла с целью модификации их свойств.
Объекты исследования, нематические жидкие кристаллы (НЖК) и полимеры (1,2-СПБ), объединяет наличие фазового перехода I рода -плавление и образование нанокристаллических структур - зародышей при обратном переходе.
В нематических жидких кристаллах это нанокристаллы с точечной особенностью, либо пластинчатые кристаллы, начальный размер которых около 25 нм. В случае полимеров сохраняется твёрдый раствор -нанокристаллов и аморфного полимера. С этой точки зрения интересно
поведение наночастиц в растворах, которые способны сконденсироваться в
новые состояния квазинематик или квазисмектик, образованные нанокристаллическими пластинами. При добавлении ионных комплексов (краун-эфир + К+)СГ нематический жидкий кристалл исчезает, и при переходе из изотропной фазы образуется смектический жидкий кристалл типа «А». В этом случае уже на начальном этапе образования зародышей нематических жидких кристаллов идет захват ионов их поверхностью с образованием двумерных заряженных сферических слоев.
Исследование динамики молекул в 1,2-СПБ и НЖК, поиск единых закономерностей методом диэлектрической спектроскопии представляется актуальным для современной физики, в связи с тем, что этот полимер имеет нанокристаллическую структуру, а не кристаллитную, как это обычно встречается в полимерах, например, в полиэтилене. В связи с этим, изучение электрофизических процессов при различных температурах и сравнение их с нематическими жидкими кристаллами является актуальной задачей.
Целью диссертационной работы является исследование электрофизических свойств, при различных температурах, полимеров 1,2-СПБ и сравнение с аналогичными свойствами нематических жидких кристаллов. В соответствии с этим были поставлены следующие задачи:
- исследование механизмов структурирования молекул при фазовых
переходах из изотропного расплава в новую конденсированную фазу методом диэлектрической спектроскопии;
изучение диэлектрических свойств синдиотактического 1,2-полибутадиена и нематических жидких кристаллов;
измерение электрической прочности (пробоя) 1,2 - СПБ;
- изучение влияния ионообразующих добавок и температуры на
электрофизические свойства дисперсных систем на основе гача.
Научная новизна. В работе впервые изучены диэлектрические спектры полимеров в различных фазовых состояниях, включая фазу (mph), обладающую нелинейными механическими свойствами. Доказано существование дипольно-группового (/?-процесс) и дипольно-сегментального (а -процесс) процессов поляризации исследованных полимеров и НЖК. Изучен механизм действия ионообразующих добавок на низкомолекулярные дисперсные полимерные системы электрофизическими и рентгеноструктурными методами. Установлено влияние длины сегмента складчатых кристаллов на величину дипольно-сегментальной поляризации и значений времени релаксации.
Практическая значимость. Проведенные исследования позволяют получить новый класс резин, созданных на основе термоэластопластов, использовать их в качестве добавок к техническим маслам для улучшения их эксплутационных характеристик, структурированные нематические жидкие кристаллы.
Достоверность результатов. Достоверность результатов основана на использовании корректных экспериментальных методов решения каждой из поставленных задач. В основе каждой предложенной физической модели также лежит их экспериментальная проверка различными методами: диэлектрической спектроскопии, рентгеноструктурного анализа, оптической микроскопии.
Основные положения, выносимые на защиту.
Преобладание дипольно-сегментального процесса поляризации в частично кристаллических полимерах и нематических жидких кристаллах;
Образование состояния гигантской поляризации в низкомолекулярных полимерах со складчатой структурой, растворенных в маслах;
Обоснование теплового механизма пробоя 1,2-СПБ на основе результатов диэлектрической спектроскопии.
Апробация работы. Основные результаты исследований
докладывались и обсуждались на Всероссийской научной конференции
студентов-физиков и молодых ученых (Кемерево - Томск, 2009, Волгоград, 2010); Международной научной конференции по лиотропным жидким кристаллам и наноматериалам (Иваново, 2009); Региональной школе-конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по математике и физике (Уфа, 2008); на Международной школе-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых «Фундаментальная математика и ее приложения в естествознании (Уфа, 2009); Международной научно-технической конференции «Проблемы строительного комплекса России» (Уфа, 2008-2011); Материалы XII Международной конференции «Физика диэлектриков» (Санкт-Петербург, 2011).
Структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 126 страницах. Работа состоит из четырёх глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Содержит 55 рисунков, 6 таблиц. Список литературы включает 101 наименований.
