В.В.Постников, Н.С. Камалова, С.В.Кальченко

 

 

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ И СТРУКТУРНЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ В СЛОЖНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТАХ.

 

Воронеж, Россия, Воронежская государственная академия.

 

На основе полимеров создается много изоляционных материалов. Электрические свойства полимерных материалов характеризуются прежде всего диэлектрическими потерями и проницаемостью. Исследование этих электрических свойств позволяют получить знания о структурно-кинетических особенностях сложных полимерных композитов. Эти знания в свою очередь позволят получить полезную информацию для создания материалов, требуемых в различных областях техники. Например, в последнее время высокопористые биоуглеродные материалы, получаемые путем карбонизации натурального дерева, привлекают широкое внимание исследователей благодаря их уникальной микроструктуре [1].

Натуральное дерево с канальным типом пор (питательные каналы) карбонизируется путем пиролиза. В результате образуется высокопористый биоуглерод, который сохраняет микроструктурные особенности исходного дерева, а именно поры канального типа, вытянутые вдоль волокон древесины. Матрицы  находят свое применение для создания Cu–C и SiC-керамики, используемых для специальных сварочных швов и соединительных деталей. Таким образом уникальные свойства древесины теперь напрямую связаны с ее структурой. Необходимо учитывать, что в технике древесина редко используется в чистом виде. Она обязательно химически обрабатывается и подвергается термообработке. Более того, особенно ценны материалы, получаемые путем ее пластифицирования. В последнее время активно исследуется влияние слабых магнитных полей на свойство именно такой древесины. Очевидно, что воздействие полей можно объяснить изменением надмолекулярной структуры этого сложного биокомпозита.

В работе [2] показано, что натуральная древесина легко моделируется сложным полимерным композитом, основными компонентами которого являются кристаллическая целлюлоза и аморфное высокоэластичное вещество – лигнин. На этой модели можно получать оценки ее термополяризационных свойств хорошо согласующихся с экспериментальными данными [3]. При таком подходе становится ясно, что уникальные механические и электрические свойства этого материала связаны с надмолекулярной структурой целлюлозы и релаксационными свойствами лигнина. В связи с этим становится интересным применения метода диэлектрических потерь к исследованию изменения структуры целлюлозы под действием магнитного поля.  Так, например, воздействие импульсного магнитного поля на физические свойства прессованной древесины связывают с влиянием его на радикалы концевых групп молекулы целлюлозы, находящиеся в замкнутом пространстве «клетке», образованным пластифицированным лигнином. Известно, что в полуразбавленных растворах процесс затухания перпендикулярных к напряженности внешнего магнитного поля Н₀ компонент намагниченности спинов в радикальной паре (поперечная или фазовая релаксация) сопровождается переходами S-T₀, проходящими в случае анизотропного зеемановского взаимодействия неспаренного электрона с внешним магнитным полем. Cогласно [4] время рекомбинации связи между сигнет-триплетными переходами оценивается как

                       .                                          (1)

 где  минимальная напряженность поля, при которой может произойти разрыв радикальной пары, а величина пропорциональна концентрации «ловушек», препятствующих возникновению старой радикальной пары, - магнитный момент электрона, - магнетон Бора, τ_b- время корреляции вращательного движения радикала. Интересным в данном механизме является тот факт, что с помощью внешнего магнитного поля можно изменять время реклаксации, увеличивая вероятность возникновения новой связи, уменьшающей подвижность боковых групп целлюлозы. Эти данные подтверждении исследованием ИК спектров прессованной древесины [5].

Как известно именно подвижность боковых полярных групп, обуславливает дипольно-групповые потери в сложных полимерах. Так, если в боковой цепи полимера содержатся полярные группы, способные ориентироваться в электрическом поле независимо друг от друга и имеющие разные времена релаксации, то наблюдается сложный пик дипольно-групповых потерь. Подобные широко известны. При температурах значительно выше температур стеклования из-за взаимосвязи сегментов цепи в процесс ориентации вовлекаются области довольно больших размеров. При температурах ниже температуры стеклования, еще достаточно длительное время сохраняется подвижность боковых групп, совершающих колебания при тепловом движении относительно положения равновесия. Однако, прямые  исследования диэлектрических потерь до и после воздействия затруднены сложным полимерным составом древесины и наличием остатков компонент химической обработки. Между тем становиться очевидным влияние импульсного магнитного поля на диалектрические потери, а следовательно и проницаемость сложных полимерных композитов путем изменения надмолекулярной структуры их основных компонент.  

 

Литература.

1.  Попов В.В.,Орлова Т.С., J. Ramirez-Rico Особенности электрических и гальваномагнитных свойств биоуглерода дерева сосны// Физика твердого тела, 2009, том 51, вып. 11,С 2118-2122.

2.  Матвеев Н.Н., Постников В. В., Саушкин В. В. Поляризационные эффекты в кристаллизующихся полимерах. Воронеж: ВГЛТА, 2000. С. 28.

3.  Евсикова Н. Ю., Матвеев Н. Н., Постников В. В., Камалова Н. С., Лисицын В. И. // Материалы V Междунар. научн.-техн. школы-конференции «Молодые ученые – 2008». М.: МИРЭА, «Энергоатомиздат», 2008. Ч. 3. С. 72

4.  Бучаченко А.Л. Магнитные эффекты в химических реакциях. // Успехи химии. - 1976. - Т. 45. - №5. - С. 761-792.

5.     Камалова Н.С. Влияние слабых импульсных магнитных полей на механические и адсорбционные свойства модифицированной древесины. // Автореф. канд. физ.мат. наук. – Воронеж: ГОУВПО ВГТУ. – 16 с.