CC BY
48
торного минерального масла. Срок их службы в 1,5-2,0 раза больше срока службы традиционных масел. Применение созданных модифицированных жидкостей в силовых трансформаторах увеличит срок их эксплуатации, уменьшит риск аварийности и снизит экономические затраты.
Библиографические ссылки
5. Синтез и исследование новых металлсодержащих кремнийорганичееких соединений / Е.И.Костылева [и др.]; // Успехи в химии и химической технологии: Сб. науч. тр. [под ред. П.Д. Саркисова и В.Б. Сажала]; / РХТУ им. Д.И. Менделеева М.: Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2007. Т. XXI. .№6(74). С. 28-31.
УДК 561
А. А. Петров, О. В. Борщев', Ю. Н. Лупоносов', Н. М. Сурин*, С. А. Пономаренко'. А. М. Музафаров", Ю. М. Будницкий'
Российский Химико-Технологический университет им. Д.И. Менделеева. Москва, Россия "Институт синтетических полимерных материалов им. НС. Ениколопова РАН, Москва, Россия
ПОЛУЧЕНИЕ КОМПОЗИТОВ ПОЛИСТИРОЛА С
НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫМИ ЛЮМИНОФОРАМИ
Composites based on polystyrene and a number of branched and dendritic oligothiophen-silanes as nanostructured luminescent extenders were obtained for the first time by the method of extrusion mixing. Optically transparent films of the composites were created by hydraulic pressing. Photooptical properties were investigated, and molecular distribution of the extender in the PS matrix was demonstrated that determines specific qualities of the explored composites in the context of its nanosized nature.
Методом экс-фузионного смешения были впервые получены композиты на основе полистирола и ряда олиготиофенсиланов разветвленного и дендритного строения в качестве наностуктурных люминесцентных наполнителей. Методом прессования получили оптически прозрачные пленки композитов. Были изучены фотооптические свойства и доказано молекулярное распределение наполнителя в полкстирольиой матрице, что, с учетом его иаиоразмерной природы, и определяет особые свойства исследуемых композитов.
В настоящее время актуальна проблема детектирования различных типов излучений. Обычно в качестве чувствительного элемента для регистрации ионизирующего излучения используют сцинтилляторы — вещества, обладающие способностью излучать свег при поглощении излучения различной природы (гамма-квантов, электронов, альфа-частиц и т. д.) [1,2]. В зависимости от назначения применяют жидкие, пластические и кристаллические сцинтилляторы. В данной работе рассмотрены пластические сцинтилляторы, которые обладают хорошими оптическими свойствами, могут приме-
няться в широком интервале температур, при этом из них можно получить сцинтилляторы различных размеров и формы.
Пластический сцинтиллятор представляет собой полимерную матрицу (обычно полистирол или поливинилтолуидол) [3], в которой содержится смесь двух низкомолекулярных люминесцентных веществ: активатора и смесителя спектра. Механизм действия пластического сцинтиллятора заключается в том, что при прохождении излучения в основном возбуждаются фрагменты молекул полимерной матрицы. Далее энергия возбуждения распространяется по сцинтиллятору и передается молекулам активатора, а от него - к смесителю спектра, люминесценция которого фиксируется фотодетектором. Таким образом, сцинтилляция - это кратковременная световая вспышка в виде фотонов в видимой или УФ части спектра, возникающая в сцинтилляторах под действием ионизирующего излучения.
В представленной работе впервые использовались наноструктуриро-ванные люминофоры - молекулы, в которых объединены активатор и смеситель спектра, что обеспечивает эффективный перенос энергии между ними. Основываясь на известных представлениях о сцинтилляторах и люминесцентных наполнителях [4], в дайной работе методом экструзионного смешения впервые были получены сцинтилляторы на основе полистирола и ряда олиготиофенсиланов разветвленного и дендритного строения [5] в качестве наноструктурированных люминесцентных наполнителей: Д1 - би-тиофенсилановый дендример первой генерации; В1 - разветвленный битио-фенсилан на основе фениленбитиофена; В2 - разветвленный битиофенсилан на основе дифеиилантрацена.
Смешение с целью получения однородного композита проводилось на двухшнековом микросмесителе с компьютерным управлением. Предварительно высушенные гранулы блочного полистирола (ПС) и наполнителя вводились в разогретую до заданной температуры рабочую зону микросмесителя. Температура переработки составляла 180° С при частоте вращения шнеков 500 об/мин.
Следующей стадией работы являлось получение оптически прозрачных пленок толщиной до 100 мкм. Для этого полученные стренги композита перерабатывали методом прессования при давлении от 3000 до 5000 кгс и температуре 180° С. Получали пластические сцинтилляторы с определенным набором концентраций наполнителя (от 0,05 до 2,0% масс.), что достигалось методом разбавления композитов с большей концентрацией в процессе экструзии. Первый, образец был получен на основе ПС с использованием Д1 (битиофенсиланового дендримера) в качестве люминесцентного наполнителя, имеющего квантовый выход люминесценции 30%. Первые попытки получения подобных композитов осуществляли методом полива как наименее капиталоемким. При этом максимальная эффективность сцинтилляции не превышала 16% относительно стандарта, в качестве которого здесь и далее использовали кристалл антрацена (рис. 1). Кроме того, использование метода полива для создания композитов имеет свои недостатки, такие как низкая экологическая безопасность, недостаточная прозрачность пленок и т.д. Поэтому в данной работе были получены композиты методом экструзии. Как
видно из рисунка 1, эффективность сцинтилляции при этом существенно увеличилась, с 16 до 23%, очевидно, за счет более высокого качества смешения образцов, достигаемого методом экструзии, особенно при высоких концентрациях добавки.
Рис. 1. График зависимости сцннтилляционной эффективности от содержания наполнителя 01.
Рис. 2. График распределения содержания наполнителя В1 в сцинтилляторе.
Для характеристики качества распределения наполнителя было измерено содержание вещества в четырех различных участках полученных оптически прозрачных пленок.
Концентрация наполнителя в различных участках практически совпадает, что свидетельствует о высоком качестве смешения и равномерном распределении наполнителя в полимерной матрице (рис. 2).
При использовании соединения В1 (разветвленный олигоарилсилаи на основе фениленбитиофена), обладающего более высоким квантовым выходом люминесценции (55%), эффект объединения активатора и смесителя спектра позволяет увеличить эффективность переноса энергии электронного возбуждения от активатора к сместителю спектра до 90 - 100 %, что привело к получению сцинтиллятора со световыходом до 69% относительно кристалла антрацена.
О Н-i-г-Г—т-.-1-.-1-.-,-.-1-.-,........,.,---р-
0,0 0,2 0,4 0.0 0.8 1.0 1.2 1,4 1.6 1,8 2.0 концентрация наноетруктурнрованного наполнителя, % масс.
Рис.З. График зависимости эффективности сцинтилляции от содержания В2.
Следующим, этапом было использование соединения ещё с большим квантовым выходом люминесценции, достигающим 81% (В2). На рисунке 3 приведена зависимость эффективности сцинтилляции от содержания соединения В2. Из приведенных данных можно сделать вывод, что максимальное значение световыхода достигает 93% относительно кристалла антрацена, что является рекордной на сегодняшний день эффективностью для пластиковых сцинтилляторов.Получениые результаты свидетельствует о перспективности введения олиготиофенсиланов разветвленного и дендритного строения в полистирольную матрицу методом экструзии при получении пластических сцинтилляторов нового поколения.
Библиографические ссылки
1. Безуглый В.Д., Грачев Н.М., Петрова И.Б. Сцинтияляторы и сцинтилля-ционныематериалы./ ХГУ. Харьков: Изд-во XI У. 1963. No 3. С. 80-81
2. A. Peurmng, Materials science for nuclear detection. // Materials Today, 2008. V. 10. No. 3. PP. 50-54.
3. Абрамов А.И., Казанский Ю.А., Матусевич И.С. Основы экспериментальных методов ядерной физики, 3- е издание. М.: Энергоатомиздат, 1985.
4. Гундер O.A. Полимерные системы и их сцинтилляционные свойства. М.: НИИТЭХИМ, 1975.60 с.
5. O.V. Borshchev [ets.j;// Organometallics, 2007. V. 26. № 21. PP. 5165-5173.
