Электронно-микроскопическое и ИК, ЭПР спектроскопическое исследование структуры системы ПВДФ+сажа (0,02)

АННОТАЦИЯ

В статье приведено электронно-микроскопическое и ИК, ЭПР спектроскопическое исследование структуры системы ПВДФ+сажа (0,02). С помощью электронного микроскопа можно выяснить характер распределения частиц ПВДФ+сажа (0,02).

Анализ статистики размеров частиц и агломератов (см. табл. 1) показывает, что меньше всего в исследуемом квадрате находятся агломерированные частицы сажи с размерами от 80000 Å до 200000 Å. Наибольшее распространение получают сажевые агломераты с размерами, лежащими в интервале от 40000 до 50000 (22,34%).

Материал с магнитной доменной структурой один из чувствительных структурных методов исследования проявления сильного магнетизма может послужить метод ЭПР спектроскопии. Стабильность сигнала, т.е. неизменяемость интенсивности во времени (Im, отн. ед.), доказана испытаниями, сопровождавшимися в течении 6 месяцев.

ABSTRACT

In article is brought electronic-microscopic and IR, EPR spectroscopic study of the structure of the system PVDF+soot (0,02). By means of electronic microscope possible to realize the nature of the sharing the particles PVDF+soot (0,02).

The statistician analysis of size of parts and agglomerates reveals that in investigate square be agglomerate parts of soot with size from 80000 Å to 200000 Å. The expansion find carbon-black agglomerates with sizes from 40000 до 50000 (22,34%).

The magnetic domain structure is one of the sensible structural methods of research manifestations strong magnetism may serve the EPR spectroscopy. The stability of signal immutability activity in time proves by testing accompany in six months. 

Представляло интерес исследование системы ПВДФ+сажа (0,02) с помощью электронного микроскопа с целью выяснения характера распределения частиц наполнителя в связующем и установления статистики размеров агломератов частиц наполнителя. Решение этого вопроса важно для установления факта о том, что можно ли рассматривать композит в качестве неупорядоченного материала. Решение другого вопроса – в связи с тем обстоятельством, что межфазный слой (МФС) полимера вместе с частицами (или агломератами) сажи играет доминирующую роль в установлении тех или иных свойств композита. С точки зрения материаловедения такими свойствами могут быть – магнитные [1]. В связи с чем особый интерес представляет работа Лангара Джерзи, в которой изучен процесс, ведущий к доменной структуре сажи. Вместе с тем, как известно [1-2], домены обычно характеризуются определенными размерами. Скопления схожие по свойствам с доменами, но имеющие большие размеры, могут представлять собой магнитные соли тоны [2].

Анализ статистики размеров частиц и агломератов (см. табл. 1) показывает, что меньше всего в исследуемом квадрате находятся агломерированные частицы сажи с размерами от 80000 Å до 200000 Å. Наибольшее распространение получают сажевые агломераты с размерами, лежащими в интервале от 40000 до 50000 (22,34%).

Таблица 1

Зависимость параметров насыщения большого сигнала ЭПР от СВЧ поля для композитов ПВДФ с сажей в количестве V₁=0,02

Таблица 2

Обощенная статистика агломератов сажи в ПВДФ

Этот установленный факт интересен тем, что согласно [2] скопления размерами большими чем 40000 Å при определенных условиях могут представлять собой магнитные соли тоны. Скопления с меньшими размерами могут быть только домены.

Рисунок 1. ЭПР сажа (0,02)

Если речь идет о материале с магнитной доменной структурой, тогда одним из чувствительных структурных методов исследования проявления сильного магнетизма может послужить метод ЭПР спектроскопии [3]. Сигнал ЭПР исследуемого нами объекта представлен на рис. 1. Сосредоточим свое внимание на ширине сигнала ЭПР (ΔH_PP, Э) и стабильности этого сигнала во времени. Стабильность сигнала, т.е. неизменяемость интенсивности во времени (Im, отн. ед.), доказана нами испытаниями, сопровождавшимися в течении 6 месяцев. Ширина линии ЭПР ΔH_PP=380 Э представляется достаточно большой, потому как сажа ДГ-100 на воздухе дает синглетный сигнал с шириной ΔH_PP=22 Э, а ПВДФ является диамагнетиком. Такое явление уширения линии ЭПР может быть связано лишь с особенностями образования МФС. В данный момент с некоторой уверенностью можно заключить, что речь идет о магнитном материале, как минимум сильно парамагнитного типа. Однако согласно электронно-микроскопическому снимку, в композите возможно существование МФС нескольких типов. Далее рассмотрим результаты ИК спектроскопического анализ для прояснения этого вопроса.

Рисунок 2. ИКС ПВДФ сажа (0,02)

ИК спектр композита представлен на рис. 2. Весь ИК спектр композита можно условна разделить на две части:

1. Спектры ИК в интервале длин волн 4000-1800 см^-1, в которой полосы пропускания и поглощения не превышают даже 10%;
2. Колебательные спектры в диапазоне 1800-400 см^-1, где полосы находятся в окрестности 10% пропускание, а после 800 см^-1 и далее до 400 см^-1 даже превосходят отметку отменить, что представленный на рис. 2 результат является одним из четырех серий экспериментов.

Поэтому представляемое ниже обсуждение результатов по колебательным спектрам композита имеет, на наш взгляд, достаточное основание, несмотря даже на несколько завышенную отметку ошибку эксперимента.

В целом можно выделить следующие полосы поглощения композита: 3853; 3692; 3533; 3386,6; 3146,6; 3000; 2896; 2814,6; 2700; 2560; 2445; 2210; 2000; 1822; 1600; 1398; 1254; 1133; 986,5; 720; 614; 513 и 450 см^-1. В общем случае возможны следующие отнесения этих полос:

1. Полосы в промежутке 3853-2980 см^-1 могут быть валентными колебаниями ОН, колебаниями от соединений со связью сера-кислород, колебаниями от спиртов, различных кислот, алкинов и ароматических (в том числе фторзамещенных) углеводородов;
2. Полосы в промежутке 3300-2680 см^-1 могут быть валентными колебаниями СН, происходящих от соединении под общим названием-алкенов и алканов;
3. Полосы в промежутке 2580-2400 см^-1 могут быть колебаниями от SH групп;
4. Полосы в промежутке 2400-2080 см^-1 представляет собой С=Х валентные колебания (к-р, алкины);
5. Полосы в промежутках 1850-1550 см^-1; 1700-1475 см^-1; 1300-1900 см^-1; 1200-800 см^-1 представляют собой валентные колебания С=О, С=С и С-С, соответственно;
6. Полосы в промежутках 1435-1300 см^-1; 1425-1200 см^-1 представляют собой деформационные колебания СН и ОН, соответственно;
7. Полосы в диапазоне 900-600 см^-1 могут быть маятниковыми колебаниями СН. Наконец полосы в промежутке 500-400 см^-1 могут быть как колебаниями от ароматических углеводородов, так и от соединений со связью сера-кислород.

Причины возможности столь обширного отнесения наблюдаемых для композита ИК полос заключается в следующем:

Во-первых, на поверхностях используемой нами в работе сажи могут существовать такие соединения, как карбонильные, хинонные, фенольные, лактонные и другие группы, которые в принципе должны или могут вносить свой вклад в общий ИК спектр композита;

Во-вторых, употребляемый нами в работе технологический цикл приготовления композита не исключает возможность не полного удаления растворителя в виде ДМСО из композита;

В-третьих, как уже было предположено выше, не исключается образование в композите МФС нескольких типов.

Таблица 3

Электронные переходы и частоты колебаний некоторых соединений

Поэтому детальный анализ колебательных спектров композита должен проводиться с помощью тщательного сопоставления их с колебательными спектрами известных молекулярных соединений, обязательно имеющих в своем наличии вышеупомянутые элементы. Согласно данным табл. 3 лишь одна экспериментальная полоса композита 513 см^-1 близка к ν₂=520 см^-1 и ν₂=517 см^-1сероокиси углерода и двуокиси серы, соответственно, тогда как другие обертоны этих соединений отличаются от полос композита. Это обстоятельство наводит на мысль о возможной вероятности образования в композите другой, может быть более сложной конфигурации молекулы со связью сера кислород, например, SO₃.