CC BY
30
УДК 678.675
А. Ф. Яруллин, Л. Е. Кузнецова
ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОЛИГОМЕР - ПОЛИМЕРНОГО КОМПЛЕКСА НА ОСНОВЕ ОЛИГОАРИЛЕНАМИНА
Ключевые слова: олигоариленамин, удельная электропроводность, энергия активации, олигомер - полимерный
комплекс.
В статье рассмотрено влияние времени и температуры термообработки олигомер -полимерных комплексов на их электрофизические свойства.
Keywords: Oligoarilenamine, electrical conductivity, activation energy, oligomer-polymer complex.
In the article it was considered the effect of time and temperature of heat treatment of oligomer-polymer complexes on the electro physical properties.
Химия полимеров и олигомеров с системой сопряжения является научным фундаментом развития ряда областей полимерной химии. Данные соединения характеризуются наличием парамагнитных центров, являющихся акцепторами свободных радикалов и, являясь ингибиторами ряда радикальных реакций и окислительных процессов, могут быть также использованы в качестве стабилизаторов полимерных материалов.
Олигоариленамины, являющиеся представителями данного класса полимеров, обладают высокой термической устойчивостью, теплостойкостью, устойчивостью к агрессивным средам, полупроводниковыми, магнитными и оптическими свойствами [1].
Благодаря наличию в структуре олигоамина на основе пара-фенилендиамина и гидрохинона, активных реакционноспособных NH-групп он вступает в химическое взаимодействие с карбоксилсодержащими полимерами, выступающими в роли матрицы, с образованием олигомер - полимерных комплексов (ОПК) с сохранением всех свойств, присущих олигооснованию [2]. В роли полимерной матрицы использовали полиметакриловую кислоту, взятую в эквимолярном количестве по отношению к олигоамину.
Целью работы является изучение электрофизических свойств олигомер - полимерных комплексов в виду того, что растворы ОПК обладают высокой пленкообразующей способностью и могут быть использованы в качестве термостойких покрытий, обладающих полупроводниковыми свойствами.
Измерение удельной электропроводности было проведено на таблетированных образцах олигомер - полимерных комплексов на постоянном токе при атмосферном давлении в атмосфере воздуха в интервале температур 25-200°С.
Экспоненциальный характер зависимости удельной электропроводности (а) от обратной температуры для поликомплексов, предварительно прогретых при 50, 90 и 130°С в течение 1-5 часов, представлен на рисунках 1-3.
Как видно из графиков с ростом проводимости при увеличении времени термообработки ОПК уменьшается наклон прямых в координатах lg а, 1/T при сохранении экспоненциального характера зависимости удельной электропроводности от температуры. В данном температурном интервале наклон прямых для олигомер - полимерных комплексов соответствует значениям энергетической зоны от 0,11 до 0,61эв. Процесс повышения электропроводности сопровождается уменьшением ее энергии активации проводимости, что согласуется с литературными данными (табл. 1).
Согласно данным, представленным в таблице 1, все исследуемые образцы являются при комнатной температуре достаточно высокоомными, а по величине термической энергии активации узкозонными органическими полупроводниками. Максимальное значение ширины запрещенной зоны при этом составляет 1,2эВ.
1/Г10-4, К 1/Т10"4, к
Рис. 1 - Температурная зависимость удельной электропроводности ОПК, прогретых при 50°С в течение 1 часа (а) и 5часов (б) на воздухе: 1 - нагрев; 2 - охлаждение
^ о
1/Т10"4, К
1/Т10"4, к
Рис. 2 - Температурная зависимость удельной электропроводности ОПК, прогретых при 90°С в течение 1 часа (а) и 5часов (б) на воздухе: 1 - нагрев; 2 - охлаждение
о а
1/Т10-4, К
!§ о б
1/Т10-4, К
Рис. 3 - Температурная зависимость удельной электропроводности ОПК, прогретых при 130°С в течение 1 часа (а) и 5часов (б) на воздухе: 1 - нагрев; 2 - охлаждение
Таблица 1 - Зависимость удельной электропроводности и энергии активации проводимости олигомер - полимерных комплексов от времени и температуры их термообработки
Температура термообработки ОПК, оС Время термо- обра- ботки ОПК, час Удельная электр опроводность о, Ом" *см- Энергия активации Еа, эв
Ткомн-1 °25 Тнагр-1 0200 Тохл., °25 Нагрев Охла- ждение
50 1 0,38-10"9 0,79-10"7 0,78-10"10 0,15 0,25
5 0,15-10"8 0,19-10"7 0,12-10"9 0,09 0,14
90 1 0,73-10"10 0,27-10-7 0,35-10-11 0,20 0,28
5 0,27-10"7 0,34-10"6 0,10-10-8 0,11 0,27
130 1 0,15-10"13 0,12-10"8 0,19-10"12 0,61 0,34
5 0,60-10-10 0,10-10-7 0,50-10-11 0,15 0,28
Величина энергии активации зависит от многих факторов, таких как способ получения образца, его структура, среда, в которой проводились измерения удельной электропроводности. В данном случае значения Еакт близки, что свидетельствует о достаточной чистоте олигоамина (отсутствие примесей) и олигомер - полимерного комплекса на его основе, а также о внутри и межмолекулярных взаимодействиях в данной системе.
Таким образом, как показали проведенные исследования, наличие только атомов азота в цепи полисопряжения олигоамина обеспечивает лучшие условия для перехода электронов, что приводит к росту их подвижности при нагреванииполикомплексов.
При сравнении электрических свойств олигоамина и олигомер - полимерных комплексов было установлено, что проводимость последних увеличивается на 2^3 порядка и составляет о2о = 2,8* 10-8 Ом-1 *см"1.
Экспериментальная часть
Олигомер - полимерные комплексы получены взаимодействием диметилформамидных растворов олигоамина на основе пара - фенилендиамина с гидрохиноном и поликислоты при температуре 50°С в течение 1,5 часов.
Величину энергии активации проводимости (Еа) определяли по тангенсу угла наклона кривых зависимости удельной электропроводности (о) от обратной температуры построенных в координатах ^ о -1/Т К [3]
Литература
1. Берлин, А.А. О некоторых проблемах химии полимеров с системой сопряжения / А.А Берлин // Химическая промышленность. - 1992. - №12. - С. 25.
2. Кузнецова, Л.Е. Взаимодействие полимерных кислот с ароматическим полиоснованием в неводных средах / Л.Е. Кузнецова, А.Ф. Яруллин // Вестник Казан. технол. ун-та.- 2008. - № 5. - С.95-99.
3. Дулов, А.А. Органические полупроводники / А.А Дулов, А.А. Слинкин - М.: «Наука», 1970. - 128 с.
© А. Ф. Яруллин - асс. каф. технологии пластических масс КГТУ, [email protected]; Л. Е. Кузнецова - ст. науч. сотр. каф. технологии пластических масс КГТУ.
