Реферати українською » Химия » Діелектричні композити на основі модифікованого субмікронного титанату барію і ціанові ефіру ПВС


Реферат Діелектричні композити на основі модифікованого субмікронного титанату барію і ціанові ефіру ПВС

Страница 1 из 8 | Следующая страница

>ВЫПУСКНАЯКВАЛИФИКАЦИОННАЯ РОБОТА ІНЖЕНЕРА

(Дипломна робота)

Тема:Диелектрические композити з урахуванням модифікованогосубмикронноготитаната барію іцианового ефіру ПТУ


>Оглавление

ЗАПРОВАДЖЕННЯ

1.АНАЛИТИЧЕСКИЙОБЗОР

1.1Органо-неорганические композиційні матеріали

1.2Диелектрические матеріали

>1.2.1Основние види діелектричних матеріалів

1.2.2 Основні типи й особливо сегнетоелектриків

1.2.3 Найважливіші характеристики діелектриків

1.2.4 Чинники, що впливають властивості діелектричних матеріалів

1.3 Матеріали із високим діелектричнимпроницаемостью

1.3.1Диелектрические полімерні матеріали

1.3.2Неорганические діелектричні матеріали

1.3.3Титанат барію –сегнетоелектрик зі надвисокої діелектричнимпроницаемостью

1.3.3.1 Структурні особливості кристалівBaTiO3

1.3.3.2 Залежність діелектричних властивостейBaTiO3 від температури

1.3.3.3 Вплив домішок на діелектричні властивостіBaTiO3

1.3.4Органо-неорганические діелектричні композити

2. МЕТА І ЗАВДАННЯ РОБОТИ

3.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТИНА

3.1 Об'єкти і нові методи дослідження

3.1.1 Хімічні реактиви

3.2 Методи синтезу

3.2.1Модифицированиетитаната барію запровадженням оксидних добавокзоль-гель методом

3.2.2 Виготовлення композитів складуЦЭПС-BaTiO3

3.3 Методи дослідження

3.3.1 Адсорбціякислотно-основних індикаторів

3.3.2 Електронна спектроскопія дифузійного відображення

3.3.3Атомно-силовая мікроскопія

3.3.4 Вимірювання удільної поверхні

3.3.5 Вимірювання діелектричних властивостей

4. РЕЗУЛЬТАТИ І ОБГОВОРЕННЯ

4.1 Зміна діелектричним проникності композитівЦЭПС-BaTiO3 внаслідок модифікуваннятитаната барію

4.2 Зміна функціонального складу поверхні зразківBaTiO3 внаслідок модифікування

4.3 Зміна фазового складу поверхневого шаруBaTiO3 внаслідок модифікування

4.4 Вплив модифікування на питому поверхнюBaTiO3

4.5 Вплив модифікуванняBaTiO3 >оксидними добавками на структуру поверхневого шару композитів

5.ЗАКЛЮЧЕНИЕ І ВИСНОВКИ

ЛІТЕРАТУРА

>ПРИЛОЖЕНИЕ А

>ПРИЛОЖЕНИЕ Б

>ПРИЛОЖЕНИЕ У

 


ЗАПРОВАДЖЕННЯ

 

>Полимерно-неорганические композити знаходять широке використання у різних галузях техніки завдяки поєднання властивостей полімеру і функціонального наповнювача, що дає змогу отримувати матеріали з регульованими характеристиками залежно від відносини компонентів, розміру частинок наповнювача і умов синтезу. Застосування композитів дозволяє поєднувати гідності полімерної матриці (гнучкість, опірність механічним впливам) і високіелектрофизические властивості твердотільних функціональних наповнювачів, створювати гнучкі технологій і знижувати собівартість виробів електронної техніки. Оскільки властивості композитів визначаються структуроюмежфазного шару, то в значною мірою залежить від величини поверхні наповнювача та змісту функціональних груп.

У зв'язку з цим модифікування і оптимізація функціонального складу поверхні наповнювачів є ефективним підходом для отримання композитів із наперед заданими характеристиками, що зумовлює актуальність і практично багато важать роботи.

>Композити з урахуванням матриці зцианетилового ефіруполивинилового спирту (>ЦЭПС) здиспергированним у нійтитанатом барію (>BaTiO3) застосовують у ролі захисногодиелектрического шару велектролюминесцентних джерелах світла. Однією з найважливіших характеристик цих матеріалів є високадиелектрическая проникність (e). У цьому роботі досліджували можливість підвищення діелектричним проникності аналізованих композитів шляхом модифікування поверхнісубмикрочастицBaTiO3 >оксидниминаноструктурами.


1.  >АНАЛИТИЧЕСКИЙОБЗОР

 

1.1Органо-неорганические композиційні матеріали

 

Композиційні матеріали (композити) – багатокомпонентні матеріали, зазвичай, які з пластичній основи (матриці), армованої наповнювачами (>дисперсними, волокнистими,хлопьевидними тощо.), з специфічними властивостями (наприклад, міцні, жорсткістю тощо.) [1]. Поєднання різнорідних речовин приводить до створення нового матеріалу, властивості якого кількісно і здатні якісно від властивостей кожного з які його складають.Варьирование складу матриці і наповнювача, їх співвідношення, і навіть ступенядисперсности та інших характеристик наповнювача дає змогу отримувати широкий, спектр матеріалів з потрібним набором властивостей. У порівняні з низку інших класів матеріалів композити відрізняються легкістю разом із поліпшеними механічними властивостями [2-4]. Використання композитів зазвичай дозволяє зменшити масу конструкції за збереження чи поліпшенні її механічних характеристик.

Підбір оптимального співвідношень між компонентами і регулювання їх фізико-хімічних характеристик забезпечує отримання композиційних матеріалів з необхідними значеннями міцності,жаропрочности, модуля пружності, абразивною стійкості, і навіть створення композицій з необхідними магнітними, діелектричними,радиопоглощающими та інші спеціальними властивостями.

Вирізняють дві основні виду полімерних сполучних (матриць) – з урахуваннямтермореактивних ітермопластичних полімерів. Останніми роками як сполучних дедалі ширше застосовують також суміші з урахуванням обох типів полімерів, і навіть різні типи модифікованих сполучних [5].

Поруч із сполучною, найважливішим елементом структури полімерних композиційних матеріалів є наповнювачі. Функції наповнювача в полімерних композиційних матеріалах дуже різні – від формування комплексу механічних властивостей до надання матеріалу різноманітних специфічних властивостей [5].Наполнитель визначає міцність, жорсткість ідеформируемость матеріалу, а матриця забезпечує його монолітність, передачу напруги внаполнителе і стійкість до різним зовнішніх впливів. Залежно від типу наповнювача композиційні матеріали з полімерної матрицею діляться настеклопластики,углепластики,органопластики,текстолити, композити з порошковими наповнювачами тощо. [6]. Використання наповнювачів дозволяє змінювати механічні, електромагнітні, фізико-хімічні характеристики вихідного полімеру, а деяких випадках, і знижувати вартість кінцевого композита порівняно з вартістю полімеру з допомогою використання дешевшого, ніж полімер, наповнювача.

>Полимерние композиційні матеріали називають також гібридними матеріалами, отриманими з допомогою взаємодії хімічно різних складових (компонентів), формують певну структуру, відрізнятиметься від структур вихідних реагентів, але частонаследующую певні мотиви і функції вихідних структур [7].

Основні методи отримання гібридних матеріалів –интеркаляционний,темплатний синтез,золь-гель процес,гидротермальний синтез. Для природних композитів розмір неорганічних частинок лежать у межах від кількох основних мікрон за кілька міліметрів, у результаті матеріал стає неоднорідним, що можна помітити навіть неозброєним оком. Якщо зменшувати розмір неорганічних частинок такого матеріалу до розміру молекул органічної частини (кількох нанометрів), можна підвищити однорідність композита й одержати поліпшені і навіть цілком нові властивості матеріалу. Такі композити часто називають гібридниминаноматериалами [7]. >Неорганическими будівельними блоками таких матеріалів можуть бути наночастки, макромолекули, нанотрубки, шаруваті речовини (включаючи глини, шаруваті подвійнігидроксиди, деякіксерогели).

Застосування композиційних матеріалів забезпечує новий якісний стрибок у збільшенні потужності двигунів, енергетичних і транспортних установок, зменшенні маси машин і приладів.

Існує можливість запровадження такі композити додаткових компонентів, що дає покриттю специфічні, наприклад,гидрофобние властивості.Гибридние тверді електроліти поєднуютьионо- іелектронопроводящие властивості різних органічних молекул зтермостойкостью і міцністю неорганічної матриці.

За структурою композити діляться сталася на кілька основних класів: волокнисті, шаруваті,дисперсно-упрочненние,упрочненние частинками інанокомпозити.

>Волокнистие полімерні композити складаються зармирующего волокнистого наповнювача і полімерної матриці (зв'язувальної). Вже невеличке зміст наповнювача вкомпозитах подібного типу призводить до появи якісно нових механічних властивостей матеріалу. Широко варіювати властивості матеріалу дозволяє також зміна орієнтації розміру й концентрації волокон. Властивості волокнистих полімерних композитів істотно залежить від складових компонентів; їх складу і властивостей, взаємного розташування, властивостеймежфазной кордону розділу, а окремих випадках від дифузії компонентів матриці в волокна [8].

У шаруватих композиційних матеріалах матриця і заповнювач розташовані верствами, як, наприклад, в особливо міцному склі,армированном кількома шарами полімерних плівок.

>Микроструктура інших класів композиційних матеріалів характеризується тим, що матрицю наповнюють частинкамиармирующего речовини, а різняться вони розмірами частинок. У >композитах, зміцнених частинками, їх розмір більше 1мкм, а зміст становить 20–25% (за обсягом), тоді як >дисперсно-упрочненние композити містять у собі від 1 до 15% (за обсягом) частинок розміром від 0,01 до 0,1мкм. Розміри частинок, входять до складу >нанокомпозитов – нового класу композиційних матеріалів – ще менша і вони становлять 10–100 нм. Як добавки до полімерної матриці внанокомпозитах використовуються різнінанонаполнители, як у хімічним складом, і морфології. Властивості композитів подібного типу можуть змінюватися за дуже малих змінах концентрації наповнювача завдяки одній його великою питомою поверхні, і інтенсивномумежмолекулярному взаємодії з полімером.

Властивості композитів багато чому визначаються, окрім інших параметрів, площею поверхні розділу і інтенсивністюмежмолекулярного взаємодії між матеріалами матриці і наповнювача. Оскільки часткинанонаполнителя переважно мають розмір менш 100 нм, їх вища питома поверхню проти наповнювачами з більшими частинками дозволяє істотно знизити ступінь наповнення композита. Перехід донаноразмерности наповнювача при оптимізації параметрів синтезу дозволяє як скоротити його питома витрата, а й отримувати ті матеріали з вищими експлуатаційними характеристиками.

До поширенимнанонаполнителям можна віднести: шаруватіалюмосиликати (глини), вуглецеві нанотрубки інановолокна,ультрадисперсние алмази (>наноалмази), фуллерени, неорганічні нанотрубки, наночастки оксиду кремнію, карбонату кальцію, і навіть металеві наночастки. Однією з найважливіших завдань під час використаннянанонаполнителей є забезпечення їх рівномірного розподілу є у матриці композита.

>Механические властивості композитів залежить від структури та властивостеймежфазной поверхні. Так, сильне міжфазне взаємодія між матрицею і наповнювачем забезпечує високу міцність матеріалу, а значно більше слабке — ударну міцність.Наблюдаемая тенденція поліпшити властивостей наповнювача (посилюючого елемента) при зменшенні його розмірів пояснюється зниженням його макроскопічної дефектності. Фізичні властивості звичайного композита, на відмінунанокомпозита, що неспроможні перевершувати властивостей чистих компонентів [9].

1.2Диелектрические матеріали

 

1.2.1 Основні види діелектричних матеріалів

>Диелектрическими матеріалами називають матеріали, основним електричним властивістю якого є спроможність до поляризації і де існування електростатичного поля [10]. Електронна провідність виражена слабко,т.к.валентние електрони досить жорстко пов'язані з ядром.Ширина забороненої зони між валентною зоною - та зоною провідності (38)еВ.

>Диелектрики від інших речовин міцними зв'язками електричних позитивних і негативних зарядів, які входять у до їхнього складу. У результаті електрони і іони що неспроможні вільно переміщатися під впливом доданої різниці потенціалів. Практично в діелектриках з низки причин завжди є певна кількість слабко пов'язаних зарядів, здатних переміщатися всередині речовини великі відстані. Інакше кажучи, діелектрики є абсолютниминепроводниками електричного струму. Однак у нормальних умов таких зарядів в діелектриках обмаль, та зумовлений ними електричний струм, званий струмом витоку, невеликий. Зазвичай додиелектрикам ставляться речовини, мають питому електричну провідність максимум 10-7 – 10-8 >См/м. Додиелектрикам ставляться багато рідини, кристалічні,стеклообразние, керамічні, полімерні речовини.

Призначення діелектриків – створення пристроїв, ізолюючих електричні ланцюга. Серед діелектриків виділяють матеріали, у яких спостерігається залишкова поляризація в електричних, механічних і теплових полях. Відповідно до цими явищами виділяють класисегнето,пъезо- іпироелектриков.

>Сегнетоелектрики вирізняються великою діелектричнимпроницаемостью, високимпьезомодулем, наявністю петлідиелектрическогогистерезиса.

При деформаціїпьезоелектриков виникає електрична поляризація (прямий п'єзоефект) і, навпаки, під впливом електричного поля з'являються механічні деформації (зворотний п'єзоефект). Цей ефект використовують у п'єзоелектричнихпреобразователях (>УЗ-технология, дефектоскопія, радіомовлення, мікрофони, резонатори тощо.) [11].

>Пироелектрики - кристалічні діелектрики, які мають спонтанної (мимовільної) поляризацією. При зміні температури величина спонтанної поляризації змінюється, що викликає поява електричного поля.

 

1.2.2 Основні типи й особливо сегнетоелектриків

Найважливіша особливість сегнетоелектриків є висока і поправна поляризація, яка за нормальної температури поблизу точкиКюри-Вейсса. При температурі ТK >диелектрическая проникність сягає максимуму, та був спадає відповідно до закономКюри-Вейсса.

>Сегнетоелектрики, які мають високої діелектричнимпроницаемостью (e),нелинейностью основних характеристик залежно від температури, частоти та інших параметрів, і навіть великими значеннями п'єзоелектричних коефіцієнтів, знаходять використання у таких засадничих областях техніки [10,12,13]:

1) виготовлення малогабаритних низькочастотних конденсаторів з великою удільної ємністю;

2) використання матеріалів з великоюнелинейностью поляризації для діелектричних підсилювачів, модуляторів та інших керованих пристроїв;

3) використаннясегнетоелементов всчетно-вичислительной техніці як осередків пам'яті;

4) використання кристалівсегнето- іантисегнетоелектриков для модуляції і перетворення лазерного випромінювання;

5) виготовлення п'єзоелектричних іпироелектрических перетворювачів.

>Сегнетоелектрики часто перевершують також інші п'єзоелектричні матеріали тому, завдяки високим значенням e вони мають високими значеннями коефіцієнтаелектромеханической зв'язку, який останній характеризує частку електричної енергії,запасаемую як механічної енергії.Тангенс кута втрат надходжень у такихсегнетоелектриках зазвичай порядку 0,01.

Важливе завдання на є розробка сегнетоелектриків, стабільно які зберігали необхідні параметри при кімнатної температурі. Таке управління властивостями можливо у вигляді зміни складу твердих розчинів, причому управляти властивостями можна також ознайомитися шляхом введення певних добавок у процесі виготовлення кераміки.

У технічному застосуванні сегнетоелектриків намітилося декілька напрямків, найважливішими з яких випливає вважати:

-конденсаторнаясегнетокерамика, як і будь-яка діелектрик, для звичайних конденсаторів, повинен мати найбільшу величину діелектричним проникності з малої залежності від температури, незначні втрати, найменшу залежність іtg від напруженості електричного поля (малу нелінійний), високі значення питомої об'ємного й поверхневого опорів і електричної міцності.

- нелінійний діелектричним проникності сегнетоелектриків на оптичних частотах призводить до великомуелектрооптическому ефекту, що робить ці кристали перспективними керувати пучком когерентного випромінювання лазерів. Як приклад можна послатися на запропоноване недавно одна з таких пристроїв, що за принципом інтерферометра Фабрі - Перо.

>Классифицироватьсегнетоелектрики можна за різним ознаками. Найпоширеніша класифікація сегнетоелектриків відповідно до структурою і що з ній механізмом виникнення спонтанної поляризації при фазовому переході [10,12,13]. У цій ознакою вони поділяються на >сегнетоелектрики типу "усунення", які мають перехід усегнетоелектрическую фазу пов'язане з зміщенням іонів, і >сегнетоелектрики типу ">порядок-беспорядок", які мають під час переходу всегнетоелектрическую фазу відбувається впорядкування які були в вихідної фазі диполів.

>Сегнетоелектрики типу "усунення" поділяються на дві основні групи: групуперовскита і групупсевдоильменита.

>Сегнетоелектрики групиперовскита можуть існувати як монокристалів чи кераміки. Характерна риса структури кристалів цієї групи — наявність кисневогооктаедра, у якому розташовується 4- чи 5- валентний іонTi,Zr,Nb або інший іон малим іонним радіусом. Упараелектрической фазі кристали цієї групи мають кубічну структуру. У вершинах куба розташовуються іониBa,Pb,Cd та інших. Іони кисню розміщуються у центрі граней куба, створюючиоктаедр. Виникнення спонтанної поляризації у яких пов'язана зі зміною іонів титану. Важлива особливість таких сегнетоелектриків здатність утворювати тверді розчини з сполуками аналогічної структури, наприкладBaTiO3->SrTiO3,PbTiO3->PbZrO3.Сегнетоелектрики групипсевдоильменита маютьромбоедрическую структуру. Характерна риса кристалів групипсевдоильменита — висока температура Кюрі. Ці кристали найширше застосовують у акустичних пристроях на поверхневих об'ємних хвилях:пьезопреобразователях,полосових фільтрах,резонаторах, лініях затримки, ВЧакустооптическихмодуляторах; їх й у пристроях нелінійної оптики і електроніки й упироприемниках.

>Сегнетоелектрики типу "порядок - безладдя" діляться втричі основні групи: групу дигідрофосфату калію (>KDP) —дигидрофосфати ідигидроарсенати лужних металів (>KH2>PO4,PdH2>PO4,KH2>AsO4,RbH2>AsO4,CsH2>AsO4) та йогодейтриевие аналоги; групутриглицинсульфата (ТКС) – (H2>CH2>COOH3)>H2>SO4; рідкокристалічнісегнетоелектрики.Упорядочивающимися елементами структури всегнетоелектриках групиKDР є протони (дейтрони) в водневих зв'язках. Виникнення спонтанної поляризації пов'язана з тим, що становища всіх протонів стають упорядкованими. Основні застосування цієї групи кристалів — в пристроях нелінійної оптики і електрооптики.Сегнетоелектрические властивості кристалів групи ТКС обумовлені упорядкуванням протонів в водневих зв'язках що зумовлює виникненню диполів у молекулглицина ісульфатионов.

Рідкокристалічнісегнетоелектрики — широкий клас рідких кристалів, містятьупорядочивающиеся полярні молекули. Вони мають також низку електричних і оптичних властивостей, притаманних сегнетоелектриків: різким фазовим переходом,сопровождающимся аномаліями теплових, діелектричних і оптичних властивостей; високими значеннями діелектричним проникності (~ 102) та інші. Деякі рідкокристалічнісегнетоелектрики виявляють петлідиелектрическогогистерезиса.Оптические властивості сильно залежить від температури і соціальної спрямованості зовнішнього електричного поля; у цьому засновані найважливіші застосування сегнетоелектриків: оптичні індикатори, транспаранти, дисплеї та інші.

У цілому нині діелектрики, куди входить більшість іонних кристалів, характеризуються: а) високої електричної міцністю, тобто. сталістю до деградації (зміни структури) при високихнапряженностях електричного поля; б) низькими діелектричними втратами (>tg ) в перемінному електричному полі.

1.2.3 Найважливіші характеристики діелектриків

Основними характеристиками діелектричних матеріалів

Страница 1 из 8 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація