LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Хімічна технологія. Харч. виробництва → Акустична спектроскопія полімерних електролітів на основі поліпропіленгліколь - LiClO4

15


НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ХІМІЇ ВИСОКОМОЛЕКУЛЯРНИХ СПОЛУК






СПЕРКАЧ

Світлана Олексіївна



УДК 534.286: 532.782


АКУСТИЧНА СПЕКТРОСКОПІЯ ПОЛІМЕРНИХ ЕЛЕКТРОЛІТІВ НА ОСНОВІ

ПОЛІПРОПІЛЕНГЛІКОЛЬ-LiClO4



01.04.19 – фізика полімерів



Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук





Київ-2005


Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі загальної фізики Полтавського державного педагогічного університету імені В.Г. Короленка та в Інституті хімії високомолекулярних сполук НАН України



Науковий керівник:

доктор фізико-математичних наук, професор

Руденко Олександр Пантелеймонович

Полтавський державний педагогічний університет імені В.Г. Короленка, завідувач кафедри загальної фізики


Офіційні опоненти:

доктор фізико-математичних наук, професор

Тихонов Євген Олександрович

Інститут фізики НАН України, завідувач лабораторії „Фізики лазерних середовищ"


доктор фізико-математичних наук, професор, чл.-кор. АПН України

Шут Микола Іванович,

Київський національний педагогічний університет імені М.П. Драгоманова,

завідувач кафедри загальної фізики



Провідна організація:

Одеський національний університет імені І.І. Мечникова,

НДІ фізики



Захист відбудеться " 6 " квітня 2005 р. о 14.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.179.01 Інституту хімії високомолекулярних сполук НАН України / 02160, м. Київ, Харківське шосе, 48; тел. (044) 559-13-94, факс: (044) 552-40-64/




З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту хімії високомолекулярних сполук НАН України (м. Київ, Харківське шосе, 48).


Автореферат розіслано: " 1 " березня 2005.


Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Д 26.179.01

доктор хімічних наук Ю.М. Нізельський



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Метою сучасних досліджень та розробок в області полі-мерно-солевих розчинів або полімерних електролітів (ПЕ) є створення матеріалів на основі високомолекулярних компонентів, оскільки саме вони перспективні для застосування в новітніх хімічних джерелах струму. Їх основні складові містять поліетиленоксидні або поліпропіленоксидні фрагменти в полімерній матриці. Основною вимогою до ПЕ є достатньо високий рівень йонної провідності (при кімнатних температурах порядку до 10–4...10–3 Cм/см). Йонна провідність такого роду систем визначається швидкістю міграції йонів у рухливій ґратці, утвореній розподіленими в полімерній матриці областями вільного об'єму. Згідно теорії динамічної перколяції, рухливість такої ґратки залежить від часу релаксації сегментів полімерного ланцюга. Досягнення високого рівня провідності ПЕ обумовлюється значеннями фундаментальних характеристик полімерної складової, а саме — часами релаксації її характеристичних мод. Різноманітність форм молекулярної рухливості у полімерах проявляється в наявності декількох типів релаксаційних процесів. Кожен з них пов'язаний з тепловим рухом певних кінетичних одиниць та набором часів релаксації. Серед чисельних методів дослідження динаміки йон-провідних полімерів акустична спектроскопія виділяється досить широким спектральним вікном (1...104 МГц) і (на відміну від діелектричної спектроскопії) повною відсутністю маскуючого впливу провідності на основні складові релаксаційного процесу. Саме останнє обумовлює високу перспективність акустичної спектроскопії в дослідженнях динаміки ПЕ.

Актуальність роботи обумовлена необхідністю отримання релаксаційних характеристик в області раузівських та сегментальних мод для полімерних ланцюгів полімер-електролітних систем у відповідному температурному та концентраційному інтервалах.

Ступінь дослідження тематики. Дослідження ПЕ систем розпочалися три десятиріччя тому і відтворені у багатьох фундаментальних роботах. На цей час з'ясовані особливості синтезу полімерних матриць, термодинаміка та теплофізика ПЕ, йонна провідність та молекулярна рухливість молекулярних фрагментів. Проте практично відсутні відомості щодо інтерпретації механізму релаксаційних процесів в області раузівських мод, недостатньо з'ясовані особливості локального сегментального руху в ланцюгах макромолекул полімерних електролітів. Процеси акустичної релаксації були досліджені лише у вузькому інтервалі частот та температур.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. В основу дисертації покладені результати наукових досліджень, виконані на кафедрі загальної фізики Полтавського державного педагогічного університету імені В. Г. Короленка за темою "Вивчення молекулярних механізмів релаксаційних процесів в гомогенних і гетерогенних системах методом реології і акустичної спектроскопії" № держреєстрації 0101U003162, 2001–2003 рр.).

Мета і задачі дослідження полягають у знаходженні для ПЕ залежностей кількісних характеристик спектрів швидкості та поглинання звуку для полімерних ланцюгів різної природи, їх молекулярних мас, природи кінцевих груп макромолекул, величини сольватуючого катіону солі та вмісту солевого компоненту в широкому інтервалі частот і температур.

Об'єкт дослідження. Експериментальні залежності часів релаксації та швидкості звуку в полімерних електролітах на основі поліетерних ланцюгів і солей різної природи при широкій варіації структури компонентів, концентрацій та температур.

Предмет дослідження — поліпропіленгліколі (ППГ з молекулярною масою ММ 400, 1500, 2025); ППГ2080 з різними кінцевими групами (ацильні та гідроксильні); система ППГ-2025/LiClO4 з різними концентраціями перхлорату літію, ПЕГ 300 з різним вмістом амонійної солі та перхлорату літію.

Методи дослідження. Основні результати роботи одержані з використанням техніки широкополосної акустичної спектроскопії в ізотермічному режимі досліджених зразків.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у встановленні закономірностей релаксаційної поведінки поглинання та швидкості поширення звуку в полімерних електролітах у залежності від кількості оксипропіленових ланцюгів, природи кінцевих груп (–ОН, –ОС(О)СН3), різних концентрацій солевого допанту у діапазоні частот від 2,5 до 2800 МГц та інтервалі температур від 303 до 353 К. Встановлено, що акустичний спектр у досліджених об'єктах являє собою дві дискретні релаксаційні області. Визначено характер впливу кінцевих функціональних груп, кількості та довжини ланцюга ПЕ на механізми спостережуваних релаксаційних процесів. Встановлено, що збільшення концентрації солі в полімерелектролітній системі призводить до зменшення її вільного об'єму, тобто сіль ущільнює систему. Зменшення молекулярної маси ПЕ супроводжується збільшенням швидкості звуку, отже до зменшення вільного об'єму.

Практичне значення одержаних результатів. Отримані релаксаційні дані для модельних систем ППГ–LiClO4 є перспективними для використання в процесах розробки нових ПЕ для літієвих батарей та акумуляторів.

Висновки за результатами досліджень є корисними для перевірки і доповнення модельних уявлень щодо механізму нерівноважних процесів в ПЕ матеріалах.

Експериментальні дані зі швидкості поширення та поглинання звуку в досліджених полімерних електролітах можна рекомендувати державній службі довідкових даних.

Апробація роботи. І Міжнародній конференції „Релаксаційні явища конденсованого стану речовини (Полтава, 1998 ), 17 th International congress on acoustics (Rome, Italia, 2001 ), International conference physics of liquid matter: Modern problems (Kyiv, Ukraine, 2001), VII Всеукраїнській науковій конференції „Фундаментальна та професійна підготовка фахівців з фізики" (Київ,