CC BY
38
Сведения об авторах
Аулов Вячеслав Федорович
кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»
(ФГБНУ ФНАЦ ВИМ), г. Москва, Россия
Рожков Юрий Николаевич
инженер, ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ), г. Москва, Россия [email protected]
Ишков Алексей Владимирович
кандидат химических наук, доктор технических наук, профессор, Алтайский государственный аграрный университет
(АГАУ), г. Барнаул, Россия
Кривочуров Николай Тихонович
кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой, Алтайский государственный аграрный университет (АГАУ), г. Барнаул, Россия [email protected] Иванайский Виктор Васильевич
доктор технических наук, профессор, Алтайский государственный аграрный университет (АГАУ), г. Барнаул, Россия
Новиков Владимир Савельевич
доктор технических наук, профессор , ФГБОУ ВО Российский государственный аграрный университет —
МСХА им. К. А. Тимирязева, г. Москва, Россия
Коневцов Леонид Алексеевич
кандидат технических наук, научный сотрудник, ФБГУН Институт материаловедения Хабаровского научного центра
Дальневосточного отделения РАН (ФГБУН ИМ ХНЦ ДВО РАН), г. Хабаровск, Россия
Aulov Vyacheslav Fedorovich
PhD (Engineering), Leading Researcher, Federal State Budget Scientific Institution "Federal Scientific Agroengineering Center VIM"
(FSBSI FSAC VIM), Moscow, Russia
Rozhkov Yuri Nikolaevich
Engineer, Federal State Budget Scientific Institution "Federal Scientific Agroengineering Center VIM" (FSBSI FSAC VIM), Moscow, Russia
Ishkov Aleksey Vladimirovich
PhD (Chemistry), Dr. Sc. (Engineering), Professor, Altai State Agrarian University (ASAU), Barnaul, Russia
Krivochurov Nikolay Tikhonovich
PhD (Engineering), Associate Professor, Head of Department, Altai State Agrarian University (ASAU), Barnaul, Russia
Ivanaysky Vikror Vasil'evich
Dr. Sc. (Engineering), Professor, Altai State Agrarian University (ASAU), Barnaul, Russia
Novikov Vladimir Savel'evich
Dr. Sc. (Engineering), Professor, Russian State Agrarian University — Moscow Timiryazev Agricultural Academy, Moscow, Russia
Konevtsov Leonid Alekseevich
PhD (Engineering), Researcher, Institute of Materials Science, Khabarovsk Scientific Center, Far-Eastern Branch of the Russian
Academy of Sciences, Khabarovsk, Russia
РСН: 10.25702/К8С.2307-5252.2018.9.1.511-514 УДК 538.9
ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИТНЫЕ ПЛЕНКИ С СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ НАПОЛНИТЕЛЕМ Е. В. Барабанова, О. В. Малышкина, П. С. Самсонова, Я. В. Воробьева
Тверской государственный университет, г. Тверь, Россия Аннотация
Рассматривается получение композитных пленок на основе полистирола с сегнетоэлектрическим наполнителем. Представлены результаты исследования комплексной диэлектрической проницаемости данных композитов. Ключевые слова:
полимерные композиты, тонкие пленки, диэлектрическая проницаемость.
THE POLYMER COMPOSITE FILMS WITH FERROELECTRIC EXCIPIENT
E. V. Barabanova, O. V. Malyshkina, P. S. Samsonova, Ya. V. Vorob'eva
Tver State University, Tver, Russia Abstract
This paper considers the preparation of the composite films based on polystyrene with ferroelectric filler. The results of the investigation of the complex dielectric permittivity of these composites, are presented. Keywords:
polymer composites, thin films, dielectric permittivity.
Получение композитных материалов, в частности на основе полимеров, — одно из актуальных направлений развития науки на сегодняшний день. В результате совмещения различных по свойствам материалов возникает новый материал, свойства которого не равны простой суперпозиции свойств компонентов системы. Так, диэлектрическая проницаемость полимеров не высока, но они имеют ряд преимуществ перед кристаллами и керамическими материалами, в частности, они более пластичные и прочные, при этом они могут существовать в виде тонких пленок без подложек [1]. Но активные диэлектрики, обладающие практически важными сегнетоэлектрическими характеристиками, являются именно кристаллами или керамикой [2]. Поэтому вызывает как практический, так и теоретический интерес создание композиционных материалов на основе полимеров и сегнетоэлектриков. Ожидается, что такой композит будет обладать высокими диэлектрическими параметрами, пьезоэлектриескими свойствами и одновременно механическими свойствами полимеров [3].
В качестве матрицы для композиционных пленок был выбран полистирол. Это практически важный полимер, который обладает малыми диэлектрическими потерями в широком интервале частот и температур и высоким пробойным напряжением [4, 5]. В связи с этим в литературе рассматривают различные варианты его наполнения частицами порошка диоксида кремния, диоксида титана, титаната бария и др. [3, 6, 7]. В нашей работе в качестве наполнителя использовалась готовая сегнетоэлектрическая керамика ЦТССт-3. Она обладает высокой диэлектрической проницаемостью (е = 1200) и не имеет релаксационных диэлектрических процессов в диапазоне частот 100-106 Гц.
Для получения композиционных пленок порошкообразный полистирол (CsHs)b растворяли толуолом в соотношении 1/4. Сегнетоэлектрическую керамику измельчали в ступке. При измельчении таким способом достаточно трудно добиться высокой однородности гранулометрического состава порошка. Как видно из данных, полученных с помощью растрового электронного микроскопа (РЭМ), размер частиц варьируется от 100 нанометров до 4 микрометров (рис. 1).
Рис. 1. РЭМ-изображения частиц порошка измельченной керамики ЦТССт-3
Полученный порошок вводили в раствор полистирола в следующих объемных процентах: 10, 20, 35, 50. Смесь раскатывали по подложке из фторопласта и высушивали при комнатной температуре в вытяжном шкафу до полного прекращения потери массы. Отсутствие подогрева пленок в процессе сушки обусловлено тем, что при нагреве происходит интенсивное испарение толуола, вследствие чего в пленке появляются множественные поры. Толщина полученных описанным выше способом композитных пленок составляла 60-100 мкм (тонкие) и 0,6-1,2 мм (толстые). По мере увеличения процентного содержания наполнителя возрастала хрупкость пленок.
Для исследования диэлектрических свойств из полученных пленок вырезались небольшие образцы, на которые наносились электроды при помощи серебросодержащей пасты. Частотная зависимость комплексной
диэлектрической проницаемости исследовалась при комнатной температуре в диапазоне частот 0,1—106 Гц. На рисунке 2, а представлена зависимость действительной части диэлектрической проницаемости от частоты для тонких пленок с наполнителем и чистой полистирольной пленки. Увеличение процентного содержания порошка керамики ЦТССт-3 приводит к увеличению величины диэлектрической проницаемости. В исследуемом диапазоне частот дисперсии диэлектрической проницаемости обнаружено не было. Частотные зависимости для толстых пленок имеют аналогичный характер. Зависимость диэлектрической проницаемости от концентрации наполнителя практически линейная.
30
20-
10-
0
8
1 * 3 2*4
** ***★*★.
'**********«******* ************+
♦
• А
.гг.митттттинтнтпммн
i i 1111и|—■ i i i ■ ■ ■ ■ |-11111ш|-1—i i ■ -1 гттпт^—■ i ■ 11ш|-1 ■ ■■■■■■!—i i i i ■ ■ ■ ■ |—г—п
10-2 10-1 100 101 102 103 104 105 106г, Гц
а
1.0-, 0.8 0.6 0.40.20.0-
8
1 2
3
4
•V • ♦ *
*
■ •
-—■.¡.•■.•■■ниш
........I—........I—........—........—........I—........I—........I—........I—
10"210"1 100 101 102 103 104 105 106Г,Гц
б
5
5
Рис. 2. Частотная зависимость действительной (а) и мнимой (б) части диэлектрической проницаемости
для пленки чистого полистирола (1), композита с содержанием наполнителя 10 % (2); 20 % (3), 35 % (4); 50 % (5). Толщина пленок 40-100 мкм
Коэффициент диэлектрических потерь имеет сложную зависимость от концентрации наполнителя и от частоты поля. Стоит отметить, что частотные дисперсии для различных пленок имеют как общие черты, так и отличительные особенности. Общие закономерности для зависимостей е''(/): уменьшение коэффициента потерь на низких (менее 100 Гц) и рост на высоких частотах (более 105 Гц) при увеличении частоты поля.
Для чистого полистирола зависимость е''(/) в диапазоне частот 1-106 Гц представляет собой прямую, параллельную оси абсцисс. При введении порошка сегнетоэлектрической керамики она начинает испытывать сильную дисперсию (рис. 2, б). Это, по всей видимости, обусловлено тем, что проводимость полистирола мала (10-10-10-9 Ом-м"1) и слабо зависит от частоты в отличие от проводимости керамики. Дисперсия проводимости керамики ЦТССт-3 выражается в росте электропроводности при увеличении частоты (10"8-10-4 Ом-м"1). Также ведет себя проводимость полученных композитных пленок. Таким образом, рост потерь в пленках на высоких частотах связан с увеличением их проводимости, вызванной введением более высокопроводящего наполнителя в полистирол.
На низких частотах (меньше 100 Гц) в композитных пленках растут потери при уменьшении частоты. Аналогичное поведение е''(/) характерно для твердых керамических сегнетоэлектриков [2] и связано с поляризацией Маквелла — Вагнера, возникающей на границах зерен керамики. Согласно данным РЭМ, размер частиц порошка наполнителя меньше или равен размерам зерен данной керамики. Также на низких частотах (меньше 1 Гц) дополнительный вклад в диэлектрические потери вносит полимерная матрица: начинаются подвижки молекулярных диполей под влиянием внешнего поля [4, 8]. В случае композита заряды при миграционной поляризации накапливаются на границе раздела полимер — порошок. Сосуществование этих процессов поляризации и их взаимное влияние приводят к наблюдаемому скачкообразному росту потерь: при приложении переменного поля эти медленные процессы не успевают следовать за ним, но время его действия достаточно, чтобы вывести из равновесного положения связанные заряды.
В диапазоне частот 100-105 Гц величина е" более сложно зависит от частоты и соотношения компонент. Только в районе 100 Гц прослеживается зависимость величины диэлектрических потерь от объемной доли наполнителя: с ростом концентрации наполнителя увеличиваются потери таким образом, что в пленках с содержанием керамики 35 и 50 % появляется максимум на данной частоте. Далее эта зависимость не соблюдается. Отсутствие подобного максимума для керамики ЦТССт-3 и его зависимость от концентрации наполнителя говорят о том, что подобное поведение комплексной диэлектрической проницаемости связано не с тепловой поляризацией сегнетоэлектрического порошка, а с еще одним механизмом миграционной поляризации. При увеличении концентрации наполнителя появляется еще одна неоднородность в композите — граница между частицами порошка.
Повторяемость результатов у разных композитных пленок при измерении диэлектрической проницаемости говорит о том, что среднее электрическое поле в гетерогенной системе определяется свойствами наполнителя. На него мало влияет форма и размер частиц и однородность их гранулометрического состава. Следовательно, однородность порошка"наполнителя не влияет на диэлектрическую проницаемость композитных пленок, но существенна для диэлектрических потерь.
Литература
1. Электрические свойства полимеров / под ред. В. И. Сажина. Изд. 2-е, пер. Л.: Химия, 1977. 192 с.
2. Поплавко Ю. М., Переверзева Л. П., Раевский И. П. Физика активных диэлектриков. Р. н/Д.: ЮФУ, 2009. 480 с.
3. Лущейкин Г. А. Новые полимерсодержащие пьезоэлектрические материалы // ФТТ. 2006. Т. 48, вып. 6. С. 963-966.
4. Блайт Э. Р., Блур Д. Электрические свойства полимеров. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. 376 с.
5. Сажин Б. И., Орлова Т. П., Лобанов А. М. Исследование диэлектрических потерь полистирола и некоторых сополимеров стирола в стеклообразном состоянии // Высокомолекулярные соединения А. 1968. № 8. С. 1921-1929.
6. Гороховатский Ю. А., Гулякова А. А. Исследование релаксации заряда в пленках ударопрочного полистирола с включениями диоксида титана // Известия Российского государственного педагогического университета им. А. И. Герцена. 2011. № 141. С. 25-33.
7. Диэлектрические свойства композитных материалов на основе стабилизированных наночастиц BaTiO3 / А. С. Сизов и др. // Известия Юго-Западного государственного университета. Сер. Техника и технологии. 2014. № 3. С. 80-86.
8. Лущейкин Г. А. Методы исследования электрических свойств полимеров. М.: Химия, 1988. 160 с. Сведения об авторах
Барабанова Екатерина Владимировна
кандидат физико-математических наук, Тверской государственный университет, г. Тверь, Россия
Малышкина Ольга Витальевна
доктор физико-математических наук, Тверской государственный университет, г. Тверь, Россия
Самсонова Полина Сергеевна
Тверской государственный университет, г. Тверь, Россия
Воробьева Яна Валерьевна
Тверской государственный университет, г. Тверь, Россия [email protected]
Barabanova Ekaterina Vladimirovna
PhD (Physics & Mathematics), Tver State University, Tver, Russia
Malyshkina Olga Vital'evna
Dr. Sc. (Physics & Mathematics), Tver State University, Tver, Russia
Samsonova Polina Sergeevna
Tver State University, Tver, Russia
Vorob'eva Yana Valer'evna
Tver State University, Tver, Russia
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.514-518
УДК 54.057 : 546.284 + 546.42'284 + 549.671/.64 + 544.344.016.2 : 543.572.3 + 543.442.2
ОБРАЗОВАНИЕ СИЛИКАТОВ СТРОНЦИЯ ИЗ ИХ ГИДРАТИРОВАННЫХ ФОРМ
А. А. Бегларян12, С. А. Меликян1, А. М. Терзян1, Т. А. Овсепян1, А. Р. Исаакян1, Н. О. Зулумян1
1 Институт общей и неорганической химии НАН РА, г. Ереван, Армения
2 Ереванский государственный университет, г. Ереван, Армения
Аннотация
Исследуется взаимодействие в водной среде между гидросиликагелем, выделенном из серпентинов (Mg(Fe))6[Si4O1ü](OH)8, гидроксидом натрия NaOH и хлоридом стронция SrCl2. Установлено, что перемешивание в условиях атмосферного давления в течение 2 ч кипящей водной суспензии, приготовленной из одновременно смешанных указанных реагентов, приводит главным образом к образованию гидратированной формы силиката стронция Sr3Si2O74H2O, которая при нагреве до 700 °C превращается в ортосиликат стронция Sr2SiO4. Обработка при более высоких температурах способствует формированию метасиликата стронция SrSiO3. Ключевые слова:
серпентинит, гидросиликагель, sí3sí2o74h2o, Sr3SÍ2O7'3H2O, термообработка, Sr2SiO4, SrSiO3.
