Диэлектрические композиты на основе модифицированного субмикронного титаната бария и цианового эфира ПВС
Рефераты >> Химия >> Диэлектрические композиты на основе модифицированного субмикронного титаната бария и цианового эфира ПВС

Для модифицирования исходного титаната бария добавками оксидов титана, кобальта, ниобия, ванадия и вольфрама использовали следующие соединения-прекурсоры:

- тетрахлорид титана TiCl4,

- титановая кислота H2TiO3,

- нитрат кобальта Co(NO3)2,

- гидроксид кобальта Co(OH)2,

- хлорид ниобия NbCl5

- мета-ванадат аммония NH4VO3

- пара-вольфрамат аммония (NH4)10W12O41*nH2O

В качестве полимерной матрицы для изготовления композиционных материалов использовали цианэтиловый эфир поливинилового спирта (ЦЭПС)

с молекулярной массой около 55000 и диэлектрической проницаемостью ε~19, синтезированный в ОАО "Пластполимер".

3.2 Методы синтеза

3.2.1 Модифицирование титаната бария введениемоксидных добавок золь-гель методом

Модифицирование титаната бария оксидными добавками осуществляли в Институте химии силикатов РАН осаждением из соответствующих прекурсоров с использованием золь-гель метода, основанного на реакциях поликонденсации неорганических соединений [37, 38]. Преимуществом данного метода является то, что он позволяет управлять структурой конечного продукта еще на стадии образования гелей, исключить многочисленные стадии промывки, так как в качестве исходных веществ используют соединения, не вносящие примеси в состав конечного продукта, а также обеспечить получение однородного продукта на молекулярном уровне и его высокую чистоту.

Для полного удаления непрореагировавших при гидролизе компонентов и обеспечения химической однородности вводимых в состав BaTiO3 оксидных добавок исследуемые образцы подвергали отжигу в муфельной печи в кварцевых тиглях при температуре 700С в течение 1 часа.

3.2.2 Изготовление композитов состава ЦЭПС-BaTiO3

Для приготовления композитов исследуемые наполнители диспергировали в ЦЭПС объемом 5 мл в расчетном количестве, соответствующем оптимальной концентрации наполнителя 40 об.%, установленной в серии ранее проведенных исследований [35]. Затем полученные образцы подвергали перемешиванию керамической мешалкой в закрытых стеклянных емкостях на вращающихся валках в течение 2 часов.

Полученные композиционные материалы методом полива через фильеру наносили тонким слоем на поверхность стекла с плотно притертым слоем алюминиевой фольги. Затем полученные образцы сушили в течение суток на воздухе и в течение 5 часов в вакууме при температуре 70С. После этого на поверхность композиционного материала наносили электроды из проводящей серебряной пасты Conductive Paste S MobIChem (Scientific Eng., Ltd.) площадью 1 см2. Полученные конденсаторы использовали для измерения диэлектрической проницаемости. Для сравнения в аналогичных условиях был изготовлен конденсатор с использованием исходного немодифицированного BaTiO3.

3.3 Методы исследования

3.3.1 Адсорбция кислотно-основных индикаторов

Полученные образцы анализировали индикаторным методом (адсорбции кислотно-основных индикаторов) с целью изучения изменений функционально-химического состава поверхности в зависимости от условий обработки. Данный метод основан на адсорбции кислотно-основных индикаторов с различными значениями величины рКа, характеризующей точку перехода между кислотной и основной формами индикатора (HInd  Ind- + H+), сопровождающегося изменением его окраски. При взаимодействии с поверхностью происходит частичная адсорбция индикатора на активных центрах с соответствующим значением рКа, приводящая к изменению интенсивности окраски, которое можно зафиксировать спектрофотометрически, что позволяет количественно охарактеризовать содержание активных центров адсорбции данного типа.

Предварительно были приготовлены водные растворы кислотно-основных индикаторов, имеющих разные значения рКа перехода между кислой и основной формами в интервале от –5 до 15. Характеристические значения рКа используемых индикаторов и длины волн, соответствующие максимуму их оптического поглощения, приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Характеристики кислотно-основных индикаторов

Индикатор

рKa

макс., нм

Этиленгликоль

14,2

200

Индигокармин

12,8

610

Нильский голубой

10,5

640

Тимоловый синий

8,8

430

Бромтимоловый синий

7,3

430

Бромкрезоловый пурпурный

6,4

590

Метиловый красный

5,0

430

Бромфеноловый синий

4,1

590

Метиловый оранжевый

3,5

460

М-нитроанилин

2,5

340

Фуксин (основание)

2,1

540

Бриллиантовый зеленый

1,3

610

Кристаллический фиолетовый

0,8

580

о-Нитроанилин

0,3

410

п-Хлор-нитроанилин

0,9

330

Динитроанилин

4,4

340

В ходе эксперимента определяли оптическую плотность (D) растворов указанных индикаторов в следующих условиях:

1. К раствору индикатора, взятому в объеме Vind, в пробирках добавляли дистиллированную воду до 5 мл и после перемешивания измеряли оптическую плотность холостой пробы (D0).

2. К 5 мл раствора, полученного аналогично п.1, добавляли навеску исследуемого вещества массой m1  20 мг и после установления адсорбционно-десорбционного равновесия (через ~ 1 час) измеряли оптическую плотность (D1). При этом учитывалось изменение оптической плотности в результате как адсорбции индикатора поверхностью материала, так и взаимодействия исследуемого вещества с водой.

3. Навеску исследуемого вещества массой m2  20 мг помещали в дистиллированную воду объемом 3 мл и выдерживали в течение часа, давая возможность установиться адсорбционно-десорбционному равновесию между водой и поверхностью материала. После этого воду декантировали в другую пробирку, к ней добавляли раствор индикатора объемом Vind и доливали воду до 5 мл, после чего измеряли оптическую плотность (D2). При этом учитывалось изменение оптической плотности исключительно в результате взаимодействия исследуемого вещества с водой, что позволяло исключить этот фактор при сопоставлении результатов.


Страница: