Идентификация типа гибридизации атомов углерода в продуктах радиационной карбонизации поливинилиденфторида методом оже-спектроскопии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат физико-математических наук Беспаль, Ирина Ивановна
- Специальность ВАК РФ02.00.04
- Количество страниц 120
Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Беспаль, Ирина Ивановна
Введение.
Глава 1. Теоретические и экспериментальные результаты исследования продуктов карбонизации полимеров спектроскопическими методами.
1.1 .Типы гибридизации атомов углерода.
1.2.Карбонизация полимеров.
1.2.1. Способы карбонизации полимеров.
1.2.2. Карбонизация ПВДФ.
1.3 .Методы оже-спектроскопии.
1.3.1. Понятие об оже-процессе.
1.3.2. Оже-спектроскопия.
1.3.3. Методы количественного анализа.
1.3.4. Применение метода оже-спектроскопии к исследованию углерода и карбонизованного ПВДФ.
1.4.Выводы по главе, постановка цели и задач исследования.
Глава 2. Методика проведения эксперимента и обработки спектров.
2.1. Описание электронного спектрометра.
2.2. Описание образцов исходного и подвернутого карбонизации ПВДФ.
2.3. Методика измерения РФЭ спектров.
2.4. Методика обработки спектров.
2.4.1. Измерение относительной концентрации фтора в образце.
2.4.2.Методика обработки СKW- спектров ПВДФ.
2.4.3. Методика вычисления неконтрастности С /CFF-спектров.
2.4.5. Методика измерения параметров дифференцированных С .КРУ-спектров.
2.5. Оценка погрешности измерений.
2.5.1. Оценка погрешности измерения интенсивности.
2.5.2. Оценка погрешности измерения параметров дифференцированных CKW-спектров.
2.6. Выводы по главе.
Глава 3. Модификация CiCFF-спектров в результате радиационной карбонизации ПВДФ.
3.1.Изменения параметров дифференцированных CKWспектров в результате карбонизации ПВДФ различными радиационными воздействиями.
3.2.Изменения параметра неконтрастности СЖРУ-спектра в результате карбонизации ПВДФ различными радиационными воздействиями.
3.3.Выводы по главе.
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Физическая химия», 02.00.04 шифр ВАК
Исследование карбонизации поливинилиденфторида методами эмиссионной и абсорбционной спектроскопии2014 год, кандидат наук Морилова, Виктория Михайловна
Рентгеновская спектроскопия квазиодномерных продуктов карбонизации поливинилиденфторида2006 год, кандидат физико-математических наук Чеботарев, Сергей Сергеевич
Синтез и свойства парамагнитных слоев на поверхности поливинилиденфторида2017 год, кандидат наук Живулин Владимир Евгеньевич
Сравнительный анализ процесса и продуктов карбонизации поливинилиденфторида рентгеновским излучением, бомбардировкой ионами и электронами2010 год, кандидат химических наук Кувшинов, Алексей Михайлович
Исследование инфракрасных и рентгеновских фотоэлектронных спектров квазиодномерных углеродных материалов2004 год, кандидат физико-математических наук Маргамов, Ирик Гаязович
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Идентификация типа гибридизации атомов углерода в продуктах радиационной карбонизации поливинилиденфторида методом оже-спектроскопии»
Углеродные структуры пониженной размерности в последние два десятилетия вызывают огромный интерес у исследователей. В связи с этим одной из приоритетных проблем представляется синтез одномерного углерода - карбина. Теоретические расчеты предсказывают уникальные физико-химические свойства этого вещества, перспективные для применения в различных отраслях науки, техники и медицины. Но оптимальные условия синтеза и способы идентификации карбина в полной мере не определены до сих пор [1].
Актуальность работы. Одним из наиболее перспективных для синтеза карбиноидных структур исходных материалов является поливинилиденфторид (ПВДФ), полимер с цепочечной структурой молекул. Равное количество фтора и водорода в исходном полимере позволяет проводить его глубокую карбонизацию путем дегидрофторирования химическими и радиационными методами. Если при этом оголённые углеродные цепочки не разрушатся и не сошьются между собой, возникнет квазиодномерная карбиноидная структура.
Кроме того, исследования ПВДФ имеют важное самостоятельное значение. Полимер обладает высокой химической стойкостью, повышенной термической стабильностью, пироэлектрическими, пьезоэлектрическими, нелинейными оптическими и целым рядом других свойств, которые нашли широкое применение в промышленности. На сегодняшний день пластик на его основе является самым стойким к большинству агрессивных сред [2].
Широкое применение материалов на основе ПВДФ в различных отраслях техники предъявляет высокие требования к стабильности их физико-химических свойств. Необходима информация о влиянии разнообразных внешних воздействий на структуру и химический состав полимера., С другой стороны, некоторые практические применения ПВДФ
1 , I <! | требуют значительной адгезионной способности поверхности. В частности для создания электронных устройств (например, пленочных конденсаторов) на основе ПВДФ необходимо улучшить адгезию между металлами и полимером. Специальная модификация поверхности рентгеновскими лучами, электронами, пучками ионов позволяет решить данную проблему [3].
ПВДФ также характеризуется полезными механическими свойствами: гибкостью, прочностью, износостойкостью, термической стабильностью, а кроме того, химической инертностью и высокой биологической совместимостью, что делает различные его модификации очень удобными в медицинских приложениях [4,5].
Представленные в диссертационном исследовании результаты получены методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) и оже-спектроскопии с рентгеновским возбуждением (РОС). Данные методы дают информацию об электронной структуре валентных и остовных состояний на поверхности конденсированного вещества, о химическом составе поверхностного слоя, являются чувствительными к его модификации при различных воздействиях.
Использовались два вида продолжительного радиационного воздействия: немонохроматическое рентгеновское излучение алюминиевого анода и сопутствующие вторичные электроны (I), а также дозированная бомбардировка расфокусированным пучком ионов аргона, как правило, с энергией 600 эВ, со ступенчатым нарастанием дозы (II). Оба вида (далее в тексте, соответственно, воздействия I и II), применялись в различных сериях измерений, как по отдельности, так и в различных сочетаниях и последовательности. Во всех случаях происходит дефторирование и, соответственно, обогащение поверхностного слоя полимера углеродом -карбонизация. Но, учитывая уникальную способность конденсированного углерода к образованию многочисленных структурных модификаций, возникает вопрос: зависит ли от вида воздействия тип" внутриатомной
I I гибридизации валентных электронов атомов углерода в карбонизованном слое образца?
Основная цель данной диссертационной работы заключается в разработке спектроскопических критериев, позволяющих идентифицировать гибридное состояние атомов углерода в продуктах поверхностной радиационной карбонизации ПВДФ.
Поставленная цель определила следующий круг задач:
1. Выявить изменения формы С КУУ спектров при продолжительных радиационных воздействиях двух описанных выше видов на поверхность полимерной плёнки.
2. Выявить специфические для каждого из видов радиационного воздействия особенности С КУУ спектров продуктов радиационной карбонизации ПВДФ.
3. Определить критерии для идентификации типа внутриатомной гибридизации углерода с помощью параметризации формы С КУУ спектров ПВДФ и продуктов его радиационной карбонизации.
На защиту выносятся:
Совокупность спектральных данных, характеризующих различия процессов радиационной карбонизации поверхности ПВДФ при продолжительных воздействиях А1Ка фотонов вместе с вторичными электронами (I) и ионов Аг+(П).
Результаты исследования химического состава и электронной структуры продуктов карбонизации ПВДФ методами РФЭС и РОС.
Утверждение, что для радиационной карбонизации, происходящей при комбинированном воздействии I (АШ*а фотонов и вторичных электронов) в условиях сверхвысокого вакуума, характерно формирование на поверхности плёнки углеродных структур, тип внутриатомной л гибридизации которых отличен от 8р .
Научная новизна. В диссертационной работе впервые:
Обнаружены закономерные изменения формы С КУУ спектров ПВДФ при воздействиях I и II, отражающие перестройку электронной структуры и атомного упорядочения в процессе радиационной карбонизации полимера, специфичные для каждого вида воздействия.
Установлено, что в последнем случае эволюция формы спектров происходит за счет появления и усиления спектральных особенностей, характерных для графитоподобных форм углерода.
Выявлен новый параметр формы первых производных С КУУ спектров, являющийся критерием гибридного состояния углеродных атомов.
Научная значимость работы заключается в следующем: установлено, что при облучении ПВДФ А1Ка фотонами и сопутствующими вторичными электронами в сверхвысоковакуумных условиях отсутствуют спектроскопические признаки сшивания углеродных цепей, образующихся из полимерного скелета. Это свидетельствует о формировании углеродных структур с доминирующим типом гибридизации валентных электронов, отличном от Б]?. Процессы сшивания могут быть инициированы ионной бомбардировкой исходного, либо частично карбонизованного ПВДФ.
Практическая значимость: полученная совокупность экспериментальных данных позволяет осуществить направленную модификацию поверхности ПВДФ, комбинируя виды воздействий I и II. Показана возможность измерения поверхностного содержания остаточного фтора в образце и использованием данных исключительно С КУУ спектров.
Апробация работы: результаты исследований докладывались на XXXVIII международной научной конференции "Физика взаимодействия заряженных частиц с
Л ' * 1
Й-/ | кристаллами",1 Москва, 2008; на V Конференции по Физической
4А > 1 ' ' ' (, 1 электронике UzPEC-5, Ташкент, Узбекистан, 2009; XXXIX международной научной конференции "Физика взаимодействия заряженных частиц с кристаллами", Москва, 2009; ежегодных научных конференциях Челябинского государственного педагогического университета с 2008 г.
Публикации: по материалам диссертации опубликовано 3 статьи и 3 тезиса докладов, в том числе 2 статьи в отечественных научных журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Автор лично принимала участие в планировании экспериментов, самостоятельно провела обработку всех использованных в работе спектров электронной эмиссии, придумала и реализовала методику расчета остаточной концентрации фтора в любой момент времени радиационного воздействия. Автор выявила новый параметр формы оже-спектров, чувствительный к виду гибридизации атомов углерода, а также установила возможность определения остаточной концентрации фтора в образце с использованием только оже-спектров.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитированной литературы. Она содержит 120 страниц сквозной нумерации, 39 рисунков, 2 таблицы. Список цитированной литературы включает 119 наименований.
Похожие диссертационные работы по специальности «Физическая химия», 02.00.04 шифр ВАК
Анализ колебательно-вращательного спектра сероводорода в области от 4500 до 11000 см-12006 год, кандидат физико-математических наук Половцева, Елена Рудольфовна
Исследование формирования структуры карбиноидных материалов2011 год, кандидат физико-математических наук Шахова, Ирина Валерьевна
Анализ электронной и атомной структуры конденсированного углерода методами электронной спектроскопии1998 год, доктор физико-математических наук Песин, Леонид Абрамович
Пострадиационная лазерная абляция гамма-облученных термопластов2023 год, кандидат наук Фролов Иван Александрович
Структура азотсодержащих многостенных углеродных нанотрубок, подвергнутых облучению импульсным ионным пучком наносекундной длительности2017 год, кандидат наук Корусенко Петр Михайлович
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.