ЭПР спектроскопическое исследование структуры композитов на основе полистирола и каолина

Electron paramagnetic resonance spectroscopic research the structure of composites on basis polystyrene and kaolin
Цитировать:
ЭПР спектроскопическое исследование структуры композитов на основе полистирола и каолина // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Камалова Д.И. [и др.]. 2018. № 5 (50). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/5936 (дата обращения: 17.07.2024).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается электронно-парамагнитно-резонанс- спектроскопическое исследование структуры композитов на основе полистирола и каолина и образование в них координационных связей.

ABSTRACT

In article the research of structure of composites on the basis of polystyrene and a kaolin and education in them coordination communications is considered electronic paramagnetic resonance spectroscopic.

 

Ключевые слова: Электронно-парамагнитный резонанс (ЭПР), полистирол, каолин, ширина сигнала, парамагнитный центр, композит, температура.

Keywords: electronic paramagnetic resonance (EPR), polystyrene, kaolin, signal width, paramagnetic center, composite, temperature.

 

Анализ структурных и макросвойств, полученных путем горячего прессования композитов, удобно начинать с интерпретации ЭПР- спектроскопических исследований. Результат по ЭПР-исследованию на воздухе при комнатной температуре для ПС, наполненного каолином в количестве V1=0,06, представлен на рис. 1. Результаты экспериментальных и расчетных данных парамагнитных параметров для этого и других композитов представлены в табл. 1.

Как видно из рис. 1, на фоне общего и достаточно широкого (ΔHPP=800 Э) сигнала выделяются два самостоятельных и очень разных по ширине (ΔHPP=320 Э и ΔHPP=20 Э) синглетных сигнала. Судя по большой ширине, по значению резонирующего магнитного поля (Н=3048 Э) и согласно тому факту, что количества парамагнитных центров именно от этого сигнала имеют прямую корреляцию с концентрацией наполнителя от V1, можно предположить неорганическую природу парамагнитного центра, ответственного за сигнал с ΔHPP=320.

Тогда как сигнал с ΔHPP=20 Э с резонирующим магнитным полем (Н=3048 Э), скорее, имеет органическую природу. В пользу такого предположения можно отнести также факт уменьшения количества парамагнитных центров (Im’/m) с ростом содержания наполнителя V1 (см. табл. 1). Сигнал органического происхождения не меняет свою ширину линии ЭПР с изменением количества наполнителя, что дает основание предполагать одинаковую для всех исследованных композитов природу парамагнитного центра от этого компонента. Убывание HPP и (Im’/m)2 и рост (Im’/m) с увеличением концентрации наполнителя можно трактовать в пользу возможности наличия определенной связи между этими отдельными парамагнитными центрами.

 

Рисунок 1. Спектр ЭПР-композита ПС каолин (0,06)

 

Сапфир (Al2O3) или же окись кремния (SiO2) сами по себе ответственными за левую компоненту сигнала ЭПР в наших экспериментах быть не могут [1]. Скорее всего, ответственными за проявление этой компоненты сигнала ЭПР является Fe3+, потому что именно валентное железо может давать столь широкую линию ЭПР при комнатной температуре. Если это действительно так, то далее очень важно выяснение вопроса о том, в окружении какой среды сигналит это железо. Сопоставительный анализ наших результатов с известными литературными[1-4] данными показывает следующий результат.

Таблица 1.

Концентрационная зависимость некоторых парамагнитных параметров композитов ПС+каолин

V1

a, Э

Д, МГц

Д, см-1

ΔНРР, Э

ΔНРР1, Э

ΔНРР2, Э

(Im’/m)1

(Im’/m)2

0,02

945

2646

0,0882

1250

550

20

1,05

1,85

0,04

450

1260

0,042

800

300

20

1,04

1,45

0,06

410

1148

0,0382

800

320

20

2,33

1,46

0,08

467

1307,6

0,0435

720

400

20

5,9

1,05

 

Этот сигнал не является следствием проявления парамагнетизма Fe3+ ни в окружении Si, ни в окруженииSiO2. Первое возможно при СВЧ 8,4 ГГц только при температуре 2 К[1]. Согласно [1]Fe3+ в SiO2 при комнатной температуре проявляется сигнал ЭПР с двумя характерными (Д=-0,0777 и F=-0,02 см-1) спин-гамильтонианами, тогда как во всех наших экспериментах выделяется лишь один спин-гамильтониан.

Левая компонента общего сигнала ЭПР-композитов не может быть следствием парамагнетизма только Al2O3 и в сочетании Fe:Al. Согласно [1] сигналы ЭПР при следующих сочетаниях Fe:Al=80; 200 и 300 проявляются лишь при очень низких – 4; 90 и 20 К –температурах. Согласно той же [1]Fe3+ в природном сапфире при комнатной температуре проявляется сигнал ЭПР с двумя (Д=0,188 и а=0,0281 см-1) спин-гамильтонианами, ни один из которых не соответствует данным из наших экспериментов (см. табл. 1). Этот сигнал также не является следствием Fe3+ в TiO2 (TiO2 может иметься в составе каолина в пределах 0,4-1,2%), потому что в таком сочетании сигнал ЭПР [1] имеет три спин-гамильтониана (Д=0,0309; а=0,0099 и F=0,0308 см-1), ни один из которых не соответствует нашим данным. И наконец, этот сигнал не может быть следствием Fe3+ в СаО (СаО может иметься в составе каолина в пределах около 0,8%), так как согласно [1] сигнал ЭПР от такой комбинации должен проявляться при температуре жидкого азота 77 К или при еще более низких температурах, например при 20 К.

Спиновый-гамильтониан 0,0882 см-1 от нашего эксперимента для случая ПС с каолином V1=0,02 практически совпадает с 0,083 см-1[1]Fe3+ в Al[(CH3CO)2СН3]3 при комнатной температуре.

Если такое совпадение не случайное событие, то оно может:

во-первых, указывать на столь существенные с точки зрения образования новых соединений события, которые происходят за счет ультразвукового диспергирования частичек наполнителя в связующей среде ПС;

во-вторых, стать спорной точкой для дальнейшего объяснения всех структурных особенностей, вытекающих из экспериментов ЭПР этих композитов.

 

Список литературы:
1. Альтушер С.А., Козырев Б.М. «Электронный парамагнитный резонанс». М. Наука. 1972. 672 стр.
2. Вертц Дж., Болтон Дж. «Теория и практические приложения метода ЭПР». М. Мир. 1975. 549 стр.
3. КамаловаД.И. «Research of characteristics of the signal of EPR of composites». «Advanced materials research». 2017. Vol. 1145. 230-233 р.
4. Камалова Д.И., Негматов С.С. «Электронно-микроскопическое и ИК, ЭПР спектроскопическое исследова-ние структуры системы ПВДФ+сажа (0,02)». «Universum: технические науки». №11(44). 2017.

 

Информация об авторах

PhD по техническим наукам, доцент кафедры “Методика преподавании физики и астрономии”, Навоийский государственный педагогический институт, Республика Узбекистан, г. Навои

PhD in technical sciences, associate professor of the department “Methods of teaching physics and astronomy”, Navoi state pedagogical institute, Republic of Uzbekistan, Navoi

академик АН РУз, д-р. техн. наук, профессор, научный руководитель ГУП «Фан ва тараккиёт» (Наука и прогресс) Заслуженный деятель науки Республики Узбекистан, Академик Международной Академии Высший школы, почетный доктор наук института Механики Металлополимерных систем НАН Белоруссии, Узбекистан, г. Ташкент

Academician of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Doctor of Technical Sciences, Professor, Scientific Director of the State Unitary Enterprise "Fan va Tarakkiyot" (Science and Progress) Honored Scientist of the Republic of Uzbekistan, Academician of the International Academy of Higher School, Honorary Doctor of Sciences of the Institute of Mechanics of Metal-Polymer Systems of the National Academy of Sciences Belarus, Uzbekistan, Tashkent

д-р техн. наук, профессор, Наманганский государственный университет, 160119, Узбекистан, г.Наманган, ул.Уйчи, 316

Doctor of technical Science, professor, Namangan State University, 160119, Uzbekistan, MNamangan, Uychistreet 316

д-р. техн. наук, профессор ГУП “Фан ва тараққиёт” Ташкентского государственного технического университета, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of Technical Sciences, Professor, Chairman of the SUE "Fan va tarakkiyot" of Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top