CC BY
44
УДК 662.41
Н. А. Кирющенкова, Т. Н. Исхаков, Т. Б. Гильманова, Р. З. Гильманов, В. Г. Джангирян, В. Я. Базотов
ОСОБЕННОСТИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДИАЗОСОЕДИНЕНИЙ
Ключевые слова: инициирующие взрывчатые вещества, диэлектрическая проницаемость, проводимость, спектроскопия.
Проведен анализ спектров 2-диазо-4,6-динитрофенола, полученные методом широкополосной диэлектрической спектроскопии в широком диапазоне частот и при температуре 298 К. Приведен количественный анализ диэлектрических свойств данного вещества.
Keywords: initiating explosives, dielectric permittivity, conductivity, spectroscopy.
The analysis of the spectra of 2-diazo-4,6-dinitrophenol, obtained by means of broadband dielectric spectroscopy in a wide range of frequencies and at a temperature of 298 K. quantitative analysis of the dielectric properties of a given substance.
Актуальность исследований
В настоящее время основными инициирующими взрывчатыми веществами (ИВВ), используемые для снаряжения средств инициирования, являются азид свинца , стифнат свинца и гремучая ртуть. По современной классификации ртуть и свинец относятся к первой группе чрезвычайно токсичных веществ и оказывают негативное влияние на организм человека. Использование сотен миллионов капсюлей-детонаторов, электродетонаторов и капсюлей-воспламенителей, содержащих азид свинца и ТНРС, привело к тому, что ежегодно в окружающую среду попадает большое количество тяжелых металлов, нанося вред экосистемам. Кроме того, к первичным энергонасыщенным материалам (ЭНМ) предъявляются высокие требования по эффективности и безопасности их применения. В настоящее время создание экологически безопасных инициирующих взрывчатых веществ, не содержащих вредных тяжелых металлов и обладающих высокой чувствительностью к механическим воздействиям, является актуальной. В связи с этим, ученые пытаются создать новые ЭНМ, либо улучшить технологические свойства уже известных первичных ЭНМ.
Анализ работ показал, что перспективными и доступными экологически безопасными ИВВ, могут служить диазосоединения ароматического ряда, соли азидонитрофенолов и бензофуроксанов.
Кроме того, в настоящее время становится особо актуальным детальное исследование свойств диэлектриков, что является одной из наиболее фундаментальных и сложных проблем науки. Изучение диэлектрических свойств ЭНМ вызывает не только научный интерес, но также имеет важное практическое значение, например, электропроводность порошков ЭНМ является одним из важнейших факторов, определяющих электризацию и накопления статического электричества в технических переработках. Согласно результатам последних исследований, проводимых на кафедре ТТХВ КНИТУ, электрические процессы в кристаллах ВВ при механических воздействиях вносят существенный вклад в явления инициирования вещества и чувствительности ЭНМ. На сегодняшний день разработаны и производятся установки, позволяющие проводить диэлектрические измерения в широком диапазоне час-
тот при изменении температуры образца в заданном температурном интервале. Мировое признание получили диэлектрические спектрометры фирмы «№УОСОП1ГО1».
Экспериментальная часть
В данной работе для проведения исследования диэлектрических свойств ЭНМ использовался метод широкополосной диэлектрической спектроскопии [1]. Объектом изучения являлось инициирующее взрывчатое вещество - 2-диазо-4,6-динитрофенол (ДДНФ), синтезированный в соляной, азотной и уксусной кислотах [2]. Исследования проводились на диэлектрическом спектрометре « №уосопИ"о1 Соисер1-80» в диапазоне частот от 10-2 до 106 Гц при температуре 298 К. Контроль и автоматическое регулирование температуры осуществлялось системой «риЛТЯО Сгуозу51ет». Измерения проводились по схеме плоского конденсатора. В качестве измерительной ячейки использовалась ячейка ББ8 1308. Навеска вещества, в количестве 0,31 г., помещалась в ячейку и устанавливалась в анализатор. Используя управляющую программу "^пОе1а, создавался протокол съёмки диэлектрического спектра: диапазон частот, температура и задавались геометрические данные образца и ячейки ББ8 1308. В процессе съёмки диэлектрического спектра регистрировались и сохранялись все диэлектрические параметры образца [3].
Результаты
Важной характеристикой вещества, отражающей процессы, происходящие в нем при помещении в электрическое поле, является диэлектрическая проницаемость. Исследование диэлектрических спектров является одним из важных физических методов изучения свойств диэлектриков. На рисунке 1 представлены диэлектрические отклики реальной составляющей диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь при температуре 298 К.
Диэлектрические спектры исследуемых образцов имеют характеристики типичные для органических кристаллических диэлектриков- малые значения диэлектрической проницаемости и потерь. Наименьшее значение диэлектрической проницаемости (е' = 1,9472) наблюдается у 2-диазо-4,6-
динитрофенола, синтезированного в соляной кислоте. Самое высокое значение диэлектрической проницаемости (е' = 2, 3232) имеет 2-диазо-4,6-динитрофенол, синтезированный в уксусной кислоте. Увеличение диэлектрической проницаемости в области низких частот связано с макроскопическими эффектами Максвелл-Вагнер-Силларской и электродной поляризациями [4]. Рост диэлектрических потерь при малых значениях частоты (ю^-0) объясняется наличием сквозной проводимости в образце. Однако, на зависимости е'' = f (ю) ДДНФ, синтезированного в уксусной кислоте, имеется характерный перегиб, что свидетельствует о том, что диэлектрические потери могут быть связаны не только со сквозной проводимость, но и наличием релаксационного процесса.
1ЙГ* 10"1 10° 10* и>3 111* ю6 10е ю7 10е
Рис. 1 - Диэлектрические отклики реальной составляющей диэлектрической проницаемости (е') 2-диазо-4,6-динитрофенола, синтезированного в соляной (1'), азотной (2') и уксусной (3') кислотах и диэлектрических потерь (е'') 2-диазо-4,6-динитрофенола, синтезированного в соляной (1"), азотной (2") и уксусной (3") кислотах при температуре 298 К
На рисунке 2 приведен диэлектрический спектр реальной составляющей электропроводности при температуре 298 К.
Рис. 2 - Диэлектрические спектры электропроводности 2-диазо-4,6-динитрофенола, синтезированного в соляной (1), азотной (2) и уксусной (3) кислотах при температуре 298
Наименьшем значением электропроводности обладает ДДНФ, синтезированный в азотной кислоте (80 = 7,7115-10-12 8/см), а наибольшем -
ДДНФ, синтезированный в уксусной кислоте (80 = 2,5413-10-11 8/см). Значения данной характеристики необходимо учитывать, т.к. электропроводность ВВ является одним из важнейших факторов, определяющих электризацию и накопления статического электричества при производстве. Известно, что чем ниже электропроводность, тем выше возможность вещества к электризации. Высокая проводимость и наличие электродной поляризации в образце №1 свидетельствует об его ионной проводимости, которая по-видимому имеет примесную природу.
Значения диэлектрических свойств исследуемых образцов приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Значения диэлектрических свойств исследуемых образцов при ю = 1,1536 103 Гц
Диэлек Диэлек- Проводи- Удельное
триче- трические мость, сопротив-
О ская потери 8/см ление,
б прони- (е'') Ом-см
р цае-
а мость
з (е')
е
ц
1 1,947 1,1599-10"' 7,444-Ю"11 1,343-10+10
2 2,049 1,2016-10"2 7,711 -10-12 1,296-10+11
3 2,323 3,9598-10"2 2,541-Ю"11 3,935-10+10
Заключение
В результате проведенных исследований установлено, что данные вещества обладают невысокими значениями параметров диэлектрического отклика - диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь. В связи с этим, существенное влияние на результаты измерения абсолютных значений диэлектрической проницаемости и потерь оказывает пористость образцов, точность измерения геометрии образца, характер взаимодействия токо-проводящих электродов с поверхностью образца. Изучены особенности диэлектрического отклика порошкообразных образцов ЭНМ и показано, что существенный вклад в диэлектрические спектры вносят электродные эффекты и сквозная проводимость образцов.
Таким образом, несмотря на отсутствие молекулярной релаксации в кристаллических диэлектриках, к которым относятся исследованные конденсированные системы, метод широкополосной диэлектрической спектроскопии представляет возможность исследования межфазных взаимодействий в этих системах на основе анализа Максвелл-Вагнеровской поляризации и транспорта носителей электрических зарядов. Кроме того, данный метод может служить инструментом исследования влияния различных факторов: условий окружающей среды (влажность, температура), технологических и антистатистических добавок на диэлектрические свойства материалов.
Литература
1. Кирющенкова Н.А, Исхаков Т.Н., Базотов В.Я. Исследование диэлектрических свойств энергонасыщенных материалов методом широкополосной диэлектрической спектроскопии //Вестник КТУ.-2014. - №20.- с.52-53.
2. Багал Л. И. «Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ» М. 1975. - 228 с.
3. Исхаков Т.Н., Кирющенкова Н.А., Петров В.А. и др., Исследование диэлектрических свойств целю
ллозы и наноцеллюлозы методом широкополосной диэлектрической спектроскопии// Вестник КТУ. -2012. -№16.- с.12-15.
4. Kremer F. Broadband Dielectric Spectroscopy / F. Kremer. - Berlin, 2003. - 729c.
© Н. А. Кирющенкова - аспирант каф. ТТХВ КНИТУ; Т. Н. Исхаков - к.т.н., доцент той же кафедры; Т. Б. Гильманова -к.т.н., доцент каф. ХТОСА КНИТУ; Р. З. Гильманов - д.т.н., проф., зав. кафедрой ХТОСА КНИТУ, В. Г. Джангирян - д.т.н., профессор, генеральный директор ОАО «МПЗ»; В. Я. Базотов - д.т.н., профессор, зав. кафедрой ТТХВ КНИТУ, [email protected].
© N. A. Kiryuschenkova - graduate student of Department TTHV, KNRTU; T. N. Iskhakov - K. T. N., associate Professor of Department TTHV, KNRTU; T. B. Gilmanova - K. T. N., associate Professor of Department HTOSE, KNRTU; R. Z. Gilmanov - day socalled Professor, head. the Department HTOSE, KNRTU; V.G. Jhangiryan - D. T. N., Professor, General Director of JSC "MPZ; V. Y. Bazotov - day socalled, Profull Professor, head. the Department TTHV, KNRTU, [email protected].
