Исследование электрофизичяеских свойств железосодержащих композитных полимерных материалов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.13 ВАК РФ

pro Oil

нтшистшяво висанго я среднего

" i ДА? fSl)-: СПЕЦИАЛЬНОГО ОБР/ЗОВАЯПЯ РУз

ТАШйТСДКЙ ГОСУНЛРСТПГ.ННГ^Ч .ППШТРСПУВГ

v;; ï. л ^ : г: "'-. гле&згыкша: злЕМРэиш^гчж confirai;

01.0i.33. - Эгпстро-и-.ла

Д В ï О р 74 л Р A i

па соксияние учзасЛ сдашвш кандадаа йгогсно - iicxc«aTH40c!t:ui иаук.

T-sïiiiciiT -UíH r

Работа выполнена на меэкфакультетской кафедре общей физики физического факультета Ташкентского государственного университета ЫБиССО Республики Узбекистан.

Научные руководители:

доктор физико-математических наук.

профессор Магрупов М.А.

кандидат физико-математических наук.с.н.с. Зайнутдинов А.Х.

Официальные оппоненты:

<шен корр. АН £Уз. д.ф.-к.н/г" проф. Мамадалимов А. Т. д.ф.-м.н. ,в.н.с. Хизниченко Л.П.

Ведущая организация:.

институт физики и химии полимеров АН Республики Узбекистан

Защита состоится < 9й» угпрол Я ■ 1994 г. -в Часов на заседании специализированного Совета ДК.067.02.24 по защите диссертации на соискание ученой степени кандидата ' наук при Ташкентском государственном-университете ИВ и ССО ,Р. Узбекистан по адресу: 700095, Ташкент, ВУЗ городок, ТатГУ физичесюш факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Ташкентского государственного университета'.

Отзывы на автореферат,заверенные печатью в 2-х экземплярах просим направлять по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря специализированного Совета.. • . . ■

Автореферат разослан < » ¿¿Орта, 1994 года.

Ученый секретарь специализированного Совета доктор физико-математических / ...

- 3 -

ОНПАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Признание Узбекистана как суверенного и независимого государства,а также, его принятие' во Всемирное экономическое содружество ставит перед промышленностью республики проблему развития таких отраслей техники как машиностроение. приборостроение, электроника, а также повышение-эффективности использования материальных ресурсов и разработки технологии получения новых материалов, обладающих регулируемым комплексом заданных свойств. К таким системам относятся неоднородные системы,среди которых металлосодержа-щие композиционные полимерные материалы занимают особое положение, так как они сочетают в себе электрические свойства металлов и физико- механические свойства, характерные для полимеров Ш.

Расширение иссЛедораний по всестороннему изучению электрофизических свойств железосодержащих композиционных полимерных материалов от концентраций наполнителя позволит глубже понять, механизм электро и теплопроводности, диэлектрической проницаемости и,следовательно, дает возможность получить ясное- представление о структуре наполненных полимерных систем и механизма переноса носителей заряда в.них.

Такие исследования также ценны для выработки практических рекомендаций по технологии получения материалов с заданными электрофизическими свойствами и их широкому использованию в народном хозяйстве.

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является изучение электрофизических свойств железосодержащих композиционных полимерных материалов в зависимости от концентрации наполнителя и выяснение их структуры, а также определение возможной области практического применения полученных систем, Основными задачами являлись:

1. Установление , основных закономерностей электропроводности железосодержащих композиционных полимеров от концентрации наполнителя.

2. Исследование термоэлектрических свойств разработанных композитных материалов.

3. Изучение диэлектрической проницаемости и теплопроводное-

- 4 -

ти железосодержащих композитных материалов. 4. Выяснение структуры наполненных полимерных систем,а также, определение возможной области практического применения последних. ' .

Научная новизна. На основе проведенных исследований электрофизических свойств железосодержащих композиционных полимерных материалов установлено следующее:

Выявлены основные закономерности электрофизических свойств железосодержащих полимерных материалов от концентрации наполнителя. Показано; что при приближении к критической-концентрации электропроводность и диэлектрическая щ53нйцае-мость описываются од(к)й и той же степенной формулой.

Исследована температурная зависимость проводимости в полученных материалах.Впервые построена количественная теория, позволяющая рассчитать зависимость электропроводности от температуры таких систем с учетом теплового расширения полимера и наполнителя.

Впервые на основе экспериментальных результатов исследований зависимости электропроводности,диэлектрической прони- . цаемости и термоэдс от объемного содержания наполнителя установлено точное и взаимно - однозначное соответствие (изоморфизм) , мевду задачами различной физической природы. • Предложена матрично-каркасная модель,описывающая критическую зависимость теплопроводности композитов от содержания ' наполнителя »основанная на ресещш стохастических дифференциальных уравнений теплопроводности методом условных ыоментов.

Получены .новые эксперкиентайьнш результаты зависимости коэффициента термоэдс («) от концентрации наполнителя (V) в композитных материалах. Объяснена критическая зависимость' термоэдс композиционных материалов от температуры.

Практическая ценность работы. Результаты исследований могут быть . использованы при интерпретации экспериментальных результатов для-других неоднородных материалов, а также полезны при целенаправленной.разработке неоднородных полимерных материалов с зребуемыми электрофизическими свойствами.

Получена расчетная формула, описывающая зависимость электропроводности железосодержащих полимерных композитов от температуры, которую можно использовать для разработки композиционных полимерных терморезисторов и нагревательных элемен-

тов с заранее заданными свойствами. Высокое значение термо-эдс разработанных композитов, содержащих наполнитель с концентрацией, близкой к порогу протекания, дает возможность использования их в качестве преобразователей тепловой энергии в электрическую.

Настоящая работа является частью исследований по теме: "Создание и исследование композиционных полимерных материалов с комплексом заданных свойств " (государственный регистрационный № 0001370), выполняемой на кафедре общей физики Ташкентского государственного университета.

Положения выносимые на защиту.

1. Экспериментальные результаты концентрационных зависимостей электропроводности,диэлектрической проницаемости,тер-ыоэдс и теплопроводности железосодержащих композиционных полимерных- материалов и их закономерностей.Результаты исследования структуры бесконечного кластера в полученных системах.

2. Расчетная формула, объясняющая температурную зависимость электропроводности для композитов,содержащих наполнитель с концентрацией? близкой к-порогу протекания! Возможность применения полученной формулы для изучения структуры бесконечного кластера.

3.'Экспериментальйые результаты точного . соответствия (изоморфизм) между явлениями электропроводности, диэлектрической проницаемости и гермоздс в полученных системах.

4. Критическая зависимость термоэдс композиционных полимерных материалов от температуры и ее объяснение.

5. Рекомендации по практическому применению железосодержащих композиционных полимерных материалов.

Апробация результатов работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на 1-ой Республиканской научной конференции " Узбекистан МАКРО- 92",и на научных семинарах межфакультетской кафедры " Общая физика ".

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 научных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, общих выводов, списка использованной литературы. Она содержит 126 страниц, включающих 29 рисунков, 2 таблицы и библиографический список, содержащий 106 наименований.

- б -СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проводимых исследований, сформулирована цель и задачи, научная и практическая ценность работы, а также выносимые на защиту положения.

В первой главе диссертации дается обзор работ по электрофизическим свойствам электропроводности, диэлектрической и магнитной проницаемости, термоЭДС и теплопроводности, а также теоретическим вопросам проводимости неоднородных систем. Обосновывается актуальность, научная и практическая ценность проводимых исследований, обсуждается выбор материалов.

Вторая глава диссертации содержит данные о методике изучения основных электрофизических свойств композиционных полимерных материалов,а также методика и технология получения образцов, дается описание разработанных экспериментальных приборов.

Объектами исследования были композиционные полимерные материалы. В качестве связующего материала были использованы фторсодержащий полимер марки Ф-42 (сополимер тетрафторэтиле-на с винилиденфторидом), полиэтилен (ПЭ) марки П 4070 и блочный полистирол (НС). Наполнителями являлись ультрадисперсный и мелкодисперсный порошки железа.В качестве мелкодисперсного железа был взят порошок карбонильного железа марки Р-100. Ультрадисперсный порошок железа был получен разложением муравьинокислой закисной соли железа, при температуре 900°С в течение 6 часов.Исследуемые образцы изготавливались двумя способами: А -. перемешиванием полимера й на-' полнителя в агатовой шаровой мельнице в течение 7 часов, Б -из 3-5% раствора полимера с добавленным наполнителя при постоянном перемешивании выпаривали растворитель. Во избежание агрегации частиц наполнителя и выпадания их в осадок, раствор до достижения высокой вязкости Обрабатывали на ультразвуком диспергаторе' УЗДН-1 с частотой колебаний 22 кГц. мощностью 0,3 Вт. Затем полученную смесь выдерживали в вакууме до постоянного веса при 373°К. Композиционные железосодержащие полимерные образцы в виде таблеток получали методом горячего прессования. Для исследований зависимости электропроводности, диэлектрической проницаемости, теплопроводности

и коэффициента Зеебека от объемного содер/лния наполнителя измерения проводили на образцах цилиндрической формы (диаметр 15 1/.).! ¡1 толщина 1-3 мм).. Электроды на образцы для контакта наносили вакуумным напылением алюминия. Объемную долю наполнителя, \;1, варьировали от 0,02 до 0,75.

Пгз?.;-:-рег!:тя диэлектрической проницаемости осуществлялись в переменном электрическом поле по резонансному методу с ие-нольгованкем О- ».-етрсв.

Намерение коэффициента линейного расширения образцов про-нсводг-лп по ГССТу 15173 - 70.

¡'. третьей главе приводится результата исследован;'.я злектроп-[■сгсдности и диэлектрической проницаемости композиционных полимерных ¡.игериачов.содержащтх ультра и мелко - дисперсный порог о к ."елеза.

В начале первого параграфа исследованы электрофизические свойства наполнителей ультра и мелкодисперсного железа.

.Рнли прсьс-деин т.сследовмшл электропроводности 16) от кгазивсееторсшгего давления. Оказалось, что с увеличением давленн:! .6 увеличивается довольно быстро до Ю- МПа, зто срязакс с появлением контактного пятна меяду частицами,в результат^ уплотненни порошка. 'Дальнейшее увеличение давления приводит к монотонному увеличения б, которое соответствует росту плошади контактного пятна. В результате понижения давления наб'идао-тся гистерезис б, который связан с при-лип.глксм частиц наполнителя в местам их контакта.

Проведении* измерения теплопроводности и терпоэдс порошков наполнителя от квазпвсестороннего давления показывают, что с увеличением давлении теплопроводность увеличивается, а термоэде.уменьшается.Это тохе свидетельствует об уплотнении частиц наполнителя я появлении контактного пятна мехду части нам и мелкодисперсного и ультраднсперсного порошка /.елеза.

Лля определения природы1 окисной пленки нам и Сыла изучена температурная зависимость электропроводности при (»нксирован-ных давлениях. Анализ ваЕисимости показал, что тип окиснсй пленки полупроводниковый.

Дат;..- исследована электропроводность и структура лелезо-содерлагах . композиционных полимерных материалов от объемной доли наполнителя ь рамках теории протекания [2].

"' - 8 - -

Полученные зависимости б от объемного содержания наполнителя Уг показывают.. что о увеличением Уг наполнителя б композиций увеличивается от значения 6 полимера до значения б наполнителя.Дифференцированием зависимости 1еб от VI по Уд определены значения критической концентрации Ус, при которой образуется бесконечный кластер из частиц наполнителя. Значения Ус оказались для композиций содержащие мелкодисперсное железо на основе ПЭ УС-0.21Б; . ГС Ус-0.250; Ф-42 Ус-0.23б. (метод А) и Ус-0.295 (метод Б). Соответственно, для композиции, содержащих ультрадисперсное железо, на основе ПЭ Ус-О.ЮБ, ПС УС-0Л41, Ф-42(А) Ус-0.124, Ф-42(Б) Ус-0.185. ■

Полученные значения Ус для композиций на основе <1-42, содержащих как мелкодисперсное, так и ультрадисперсное железо, показывает, что ь образцах,полученных методом Б, частицы наполнителя распределены более равномерно, чем в композициях, полученных методом А. Сопоставление Ус для образцов.содержа- ' щих ультра и мелкодисперсное железо, на основе одного из полимеров показывает,что Ус для композиций с ультрадисперсным наполнителем смещается в сторону меньших концентраций, которое связано с размером частиц наполнителя. Для описания концентрационной зависимости б были использованы результаты теории протекания, согласно которой зависимость б от У* для композиций с реекоразличающимися злектропроводностями описывается формулами:

б(Уг) - б1ЦУд-Уо)/(1-Ус)1'; Уг^Уо- 0,16, ( I ) '

б(У1) - бг!(Ус- VI)/ Ус 1 "ч . У1<Ус , ( 2 )

где б! -электропроводность наполнителя,бг -электропроводность связующего,Ус -критическая концентрация (порог про--текания).Показатели степени Ь.-ч в Формулах (1) и (2) названы критическими индексами,значения которых, соответственно равны 1.7 и 0,98. . . ■' .

Для описания характера зависимости б(VI) композитов по этим формулам были определены критические индексы ч и I. Определенные значения для композитов.содержащих карбонильное железо, на основе ПЭ, ПС и.ф-42 соответственно составили:

• . . Г 9 -

1.03; 0.91; 1.02(А); 0.85(Б). Для композитов, содержащих ультралисперсное железо, критический индекс ч имел значения соответственно для ПЭ 65; ПС ч-0.82; . Ф-42(А) <э-1.08; Ф-42(Б) 0-0.91. .

Значения Ь для композитов на основе ПЭ, ПС и Ф-42, содержащих мелкодисперсное железо, были равны 2.20; 2.18; 2.10(А) и 1.93(Б). Для ультрадисперсного железа соответственно составили 2.12; 2.01; 2.21(А) и ?.05(Б). Близость значений критических индексов ч и Ь с расчетными позволяет использовать модель бесконечного кластера, предложенную в теории протекания для исследования структуры исследуемых образцов. Согласно этой модели бесконечный кластер состоит из скелетам мертвых концов, при этом критический индекс электропроводности 1>1,? .определяется как величина, : учитывающая извилистость и индекс радиуса корреляции."' Величина плотности- БК Р.СУ'х) характеризует долю узлов,принадлежащих скелету и мертвым концам БК. Значение объемной доли БК вычислены по формуле У1'-(У1-Ус)/(1-Ус).'Зная значение критического индекса Ь. определены объемная доля скелета Vй и мертвых концов V111. Исследования топологии БК показали, что объемная доля скелета БК, которая ответственна за электрофизические свойства композиций вблизи Ус составляет ничтожную часть объемной доли БК. Рост Р(У1) с ростом VI означает, что БК, постепенно присоединяя изолированные кластеры, становится более густым.

Для выяснения' механизма проводимости железосодержащих композитных материалов нами была изучена температурная зависимость электропроводности композиций с У^Ус. . Наблюдаемое резкое изменение проводимости с температурой широко используется в электронной технике 133. Это терморезйсторк и нагревательные элементы. Однако до нашей работы не была построена количественная теория," позволяющая рассчитать вависи-. мость б электропроводящих композитов от Т.

• Приведенные зависимости б от Т иа. рис.1. показывают, что с увеличением температуры б уменьшается, это связано с термическим расширением полимера, которое приводит к уменьшению объемной доли наполнителя.

Применение соотношений (1) и (2) в системах, претерпевающих, фазошй переход,метал - диэлектрик при изменении темпе-

. - ю -

ратуры,остается открытым, т.к. еще не удалось найти и увязать объемную долю VI наполнителя с температурой. Считаем, что термическое расширение, композиции приводит к уменьшению объемной доли наполнителя,которая связана с разностью коэффициентов объёмного расширения полимера Вг и наполнителя 81. С учетом вышесказанного получена формула для Уг(Т), которая имеет вид

Уг(ДТ) - 1/{ 1+[(1-Уо1)ЛоО Г(1+В2ЛТ)/(1+В1ЛТ)] > ( 3 )

где ДТ - температура измерения, VI - \о1~ объемная доля наполнителя при комнатной температуре То-293К (ЛТ-О).

С целью выяснения рависикости 61(Т) был проведен эксперимент в камере фиксированного объема. Она отличается от аналогичной зависимости, снятой в обычных условиях. Здесь с ростом температуры значение б непрерывно растет за счет увеличения активации тепловой эмиссии электронов в БК. Тогда как при нагревании с тепловым расширением образцов б уменьшается. Это уменьшение обусловлено увеличением среднего расстояния между частицами наполнителя.

Учитывая вьше сказанное, а также уравнения (1) и (2), получили расчетную зависимость б от Т полимерных электропроводящих композитов, которая имеет вид (.4) и (5):

б(ЛТ) - АехрС-ДЕ/к(То+ЛТ)]{ СУ1(ЛТ)-:7с]/(1-Ус) ДТ<ТК (4)

6(ДТ) - б2< Сус - У1(ЛТ)1/УС У"4 ЛТ > Тк ' (5)

где А - предэкспоненциальный множитель, ДЕ - энергия активации, к - постоянная Больцмана.

Как видно из рисунка 1.удовлетворительное совпадение расчета с экспериментом дает возможность применят* предлагаемый метод расчета электропроводности от температуры при структурных фазовых переходах в электропроводящих композитах. Таким образом, Формулы (4) и (5) можно использовать для получения композиционных полимерных терморезисторов и нагревательных элементов. .

Рис. ^Экспериментальная зависимость электропроводности б композиции от температуры ДТ.длл композитов с объемным содержанием наполнителя VI - 0.236(1). - 0.238(2), V! - 0.240(3) при То - 29 ЗК. Расчетная зависимость б(ДТ) по формулам (4) и (о) соответственно для композитов: 4,5 - с VI - 0.236; 6,7 - с - 0.238; 8,9 - С У1-0.240.

Используя модель БК теории протекания, нами впервые были получены зависимости структурных характеристик БК от Т,которые приведены е таблице. Как видно из таблицы, с ростом Г до Тк происходит изрежение БК. Дальнейший рост Т ведет к распаду БК.

Таблица

ДТ°С ! VI(ДТ) ! V1 (ДТ) I У"(ДТ) I Vм'(ДТ)

0 0.24 6. .5359x10" -3 0.5284x10" -3 6.0075x10" -3

15 0.2390 . 5. .2288x10" -3 0.3809x10' -3 4.8479x10' -3

30 0.2381 4.0523x10" -3 0.2519x10" -3 3.8004x10' -3

45 0.2371 2. .7451x10" -3 0.1432x10' -3 2.6019x10' -3

60 0.2362 1. .5686x10" -3 0.5813x10" •4 1.5105x10" -3

75 0.2352 2. .6144x10" •4 0.4638x10" -5 2.5680x10" -4

90 0.2343 - -

Таким образом, при температуре меньше Тк за счет термического расширения полимера увеличиваются расстояния между частицами наполнителя, что'приводит к уменьшению б БК. При Т>ТК происходит обрыв БК. Дальнейшее уменьшение б композитов связано с переносом заряда между изолированными кластерами через потенциальный барьер,которым является полимерная прослойка.

Исследованы закономерности статической диэлектрической

^б, Ой', и1

- 12 " ■ проницаемости.от Ух.Они показали, . что зависимость электропроводности и диэлектрической проницаемости, для образцов с У1< Ус можно описать одной и той же степенной формулой, выведенной в рамках теории протекания.

В четвертой главе приводятся результаты исследований термоэдс и теплопроводности . железосодержащих композиционных полимерных материалов.

В работе С4], посвященной изучению термоэлектрических свойств бинарных композитов,состоящих из сильно отличающихся по проводимости компонент было показано, что критическое поведение «(V) описывается степенным законом

«(V) - «1[(У - Ус)/(1-Ус)Гк. (6 )

где «г-термоэдс бесконечного кластер^, к-критический индекс.

Однако, экспериментальные . результаты, подтверждающие эти расчеты, в литературе';до настоящего времени отсутствуют.

Полученная'концентрационная зависимость «( исследованных композиций носиг четко выраженный критический характер. С уменьшением объемной доли наполнителя VI приводит к резкому повышению « систем. Значение критического индекса определенное на основе экспериментальных результатов хорошо согласуй ются с расчетным [4 К

Подстановка в (6) полученных . значений для критического индекса - к и экспериментальных значений а при V} дает следующие значения «1 бесконечного кластера для композиций, полученных методом А и Б,соответственно: «1 - 8,бхШ~6 В/град, «1 - 1,4x1О"5 В/град. 'Значение « прессованного порошка карт бонильного железа, измеренное при давлении ЭОМПа, имело 1, 1хЮ~6 В/град, близкое к значению монолитного железа. Полученные значения а более'высокие по сравнению с прессованным порошке»! карбонильного железа. Это связано с контактным сопротивлением между частицами наполнителя, так как при формировании композита на поверхности большинства частиц порошка Металла образуются полимерные и оксидные пленки.

. Таким образом, впервые полученные результаты в

трехмерных двухкоыпонентных системах довольно хорошо согласуются, с. расчетом [41.

13 - • .

Полученные впервые нами в идентичных условиях экспериментальные результаты по б,е и « для полимерных композитов', содержащих порошки ультра и мелкодисперсного железа,позволяют доказать изоморфизм,предсказанный теорией протекания, между, этими коэффициентами. Экспериментально определенные из зависимостей б(VI); «(VI); е(Уг) значения- критических индексов в пределах точности эксперимента ..и расчета соответствуют друг-другу. Это доказывает,' что экспериментальные результаты для б(VI); а(У1) и £(VI) в критической области можно описать одним и тем же критическим индексом, определенным для электропроводности, т. е. доказано,что задача об■электропроводности является основной задачей теории" протекания, а следствием являются задачи о термоэдс и диэлектрической проницаемости. Высокое значение а вблизи.порога протекания позволят использовать железосодержащие композиционные полимерные материалы в качестве преобразователей тепловой энергии в электрическую. Однако . в эксперименте приблизиться к порогу протекания очень трудно, что связано с'вероятностным характером образования БК:Используя полученную нами формулу (3). согласно которой можно уменьшать V с повышением Т,мы решили задачу приближения к порогу протекания для получения максимального значения термоэдс.- Как видно из рис.2.,при приближении Т к Тк происходит подъем значения <х при Тк,оно равно максимуму при Т>Тк происходит резкое уменьпение « связанное с разрывом БК.

Рис.2. Температурные зависимости термоэдс для железосодержащих композиций на основе 3-42. (1) и (2) -со степенью наполнения Vг'-0,238 и Уг-0,?4, соответственно. Сплошьне линии - расчет по (7).

Была получена расчетная формула а от Т,которая имеет вид

- и -

а (ЛТ) - Гк/е2 ч Гй1У(кТ + йТ) + Л1 X

ГУ-(ЙГ> - УсЗ/{1 - 1'с)Гк ; ДТ < 7К ( 7 )

где е - глрлд &лс-ктроь<:., А - ккнс'тичесглй член,

Д2 - энергия а:чТПБ:л:ии. Иа рис.2. ¿шло, что рг^ч»? -огюдьио хсрсаю описывает эксперимент.

Уламдсши: кэачентг-одскная а&васимость теплопроводности келооссодержа^г/. композиционных полимерных материалов. Для описания полученной зависимости нами оыло предложена модель, основанная ¡¡а решении стохастических диМоренциальннх урав-•ЙККЙ ТЛПЛОГ.рОВОДИйСГ!! методом условных моментов 1Ы , сог-¿ьгко которой нахождение зФЯчггиьной теплопроводности композита р^еаетсп в два сегапа, при атом ксипсгит рассматривается к?.;-, скстс-ма, еостстая иг» мзодироьздшк иключений,склонений горз;.'..те:;-и>: кластер матрицы.

Сраг.й'^ния пскаокылт, что предлагаемая ыодс-ль /.о&одыю хором согласуется с эгхг.ориые.чгш.

В и и О Л и

1. Исследованы з-^ктрс^даичестае свойства ультра . и н-ул-кэ-дисперсного нор-г^га /^лева. Покаьано, что значена теплопроводности с рс-отск 'гьгаипсестороннего даг«.!:епкя до со 121а уь«1пкьпетея, а гначс-нпя териоздс уменьшаются, что сшзано с уплотнением и "онг^ен'.'.см контактного пятна между частица-ыа. Зависимость злектролропопнссти от температуры в асследо-кашпяс образцах в козрлккктах 1цб от Т паллете« лилейной, причем с . росто!! даллеикя наклон этой прячоГ: уменытАетск. включено. что на частицах ультра и мелкодисперсного «слеза шеетса полупроводниковая скигиая пленка.

2. йсследосачи электропроводность, диэлектрическая проницаемость, гермоэдс и теплопроводность хелелосодерлнких ком-пэемчшх полимерных матсркгаоь от содержания ультра и мелкодисперсного порошка хелэза. Лонааана возможность применения классической к современной теории неупорядоченных сист«!,' для изучения их структуры,

3. Исследована частотно-концентрашг иная зависимость

лектрической проницаемости ,V!) железосодержащих композитов. Показано,что при приближении к порогу протекания зависимости б(VI) И £(Г О, VI) композитов описываются одной и той же формулой, полученной в рамках теории протекания.

4. Изучена температурная зависимость электропроводности образцов, с концентрацией наполнителя, близкий к порогу протекания. Показано,что наблюдаемая зависимость б от Т связана с термическим расширением полимера. Впервые получена расчетная формула, связывающая объемную долю наполнителя в композиции от температуры. . Определены основные характеристики бесконечного кластера от температуры. '

5. Показано, что зависимость теплопроводности композитов от содержания ультра и.мелкодисперсного железа, так же как и б, е и «, имеет пороговый характер. Однако зависимость М71> не описывается степенной формулой,полученной в рамках теории протекания. Предложена каркасно-матричная модель,описывающая явление протекания в двухкомпонентном композите, основанная на решении стохастических дифференциальных уравнений теплопроводности методом условных моментов.

6. Исследована концентрационная зависимость термоэдс а в железосодержащих композиционных полимерных материалах. Показано, что «(VI) имеет явно выраженный критический характер и описывается степенной формулой, полученной в рамках теории протекания. Полученные результаты показывают, что композиты на основе ультра 'и мелкодисперсного железа могут быть использованы в качестве элементов для преобразования тепловой энергии в электрическую.

7. Исследована температурная зависимость термоэдс образцов, содержащих наполнитель близкий к порогу протекания. С учетом теплового расширения полимера и наполнителя получена расчетная формула, описывающая.' полученную критическую зависимость « от Т.

• 8. Впервые для электропроводящих композиционных полимерных материалов экспериментально установлено точное соответствие (изоморфизм) между задачами различной физической природы.Доказано,что задача об электропроводности является основной задачей теории протекания, а следствием является задачи термоэдс и диэлектрической проницаемости.

- lü.-

Основные результаты работы опубликованы в следующих научных трудах:

г. Зайнутдинов А.Х..Касымов A.A. .Магрупов U.A., Мирходжаев А.Ы. Экспериментальное исследование критического поведения термоэдс бинарных композитных материалов. // Письма в ЖГФ.1991. Т.17. В.18. С. 60-62.

2. Зайнутдинов А.Х, Касымов А.А, Магрупов U.A. Экспериментальное исследование изоморфизма электропроводности,диэлектрической проницаемости и "термоэдс в композитах, предсказанного теорией протекания.// Письма в НТФ.1992.Т.Iß.В.2.С.29-32.

3. Зайнутдинов А.Х., Касымов A.A., Ыагрупов U.A. Исследование температурной зависимости электропроводности полимерных композитов. // Письма в ЙТФ. 1992. Т.18. В.11. С. 12.-16. - '

•1. Касымов A.A., Зайнутдинов А.Х., Алимов P.A., Ггфуров А., Ыагрупов Ы. А. К вопросу эффекта протекания в двухкомпо-нентном композите', методом условник моментов.//"Узбекис-тон Мэкро-92",1 Республиканская конференция.Ташкент. 1992. С.141-142 . ■

5. Касымов A.A., Зайнутдинов А.X., Касымова З.Х., Абдурах-ыанов У., Магрупов М. А. Исследование температурной зависимости термоэдс электропроводящих композиционных полимерных материалов.// "Узбекистон Ыакро-92",1 Республиканская конференция. Ташкент. 1992. 0.142-143 .

6. Зайну.тдинов А.Х. .Касымов A.A. .Алимов Р.А. .Касымова З.Х., Абдурахманов У., Ыагрупов М.А. Исследование структуры электропроводящих композиционных полимерных материалов при температурном фазовом переходе металл-диэлектрик,в рамках теории протекания.// Письма в ЖТФ:1993.Т.19.В.24. С.1-4.

Цитированная литература

I1, Ыагрупов Ы.А. Гетерогенные электропроводящие полимерные материалы. Дис.на, соискание уч.ст.докт.фцз.-мат.наук -U., -1981. -270 с.

2. Шкловский Б.Й., Эфрос А.Л. Электронные свойства ^егиро ванных-полупроводников - М.: Наука, 1979. -416с.

3. Дульнев Г.Н..Новиков В.В. Процессы переноса в неоднородных средах. Л.: Энергоатомиздат, 1991. -247 е..

4. Скал А:С. Критическое поведение термоЭДС бинарных композитных материалов // ЖЭТФ. - 1985.' - Т. 88. - Вып.2. -с. 515-521!

5. Гафуров А. .Зайнутдинов" А.Х. .Магрупов 1.1. А.//Инж.физ.журн. 1991. т.61. N3. с 504-505.

ТАРКИБИДА ТЕМИР-КУКУНИ БУЛГАН КОШОЗИЦИОН ПОЛИМЕР

МОДДАЛАРНИНГ ЭЛЕКТР ОИЗИК ХОССАЛАРИНИ УРГАНИШ.

у

Ишда'таркибида темир кукуни булган композицион полимер моддаларнинг электрофизик хоссалари :электр утказувчанлик, диэлектрик. киритувчанлик, .термоэюк.иссиклик утказувчанлик урганилган.

Тулдирувчи сифатвда ута майда ва .майда' темир кукуни, асос спфатида эса полиэтилен, полистирол ва таркибида фтор булган Ф-42 белгили полимерлар одинган. Урганилувчи намуналар икгат йул билан олинган: иарчалари агатдан булган тегирмонда механик аралаштириш билан в? эритмалар ёрдамида. Тулдирувчининг электрофизик хоссаларини урганиш ута майда ва 'майда- темир зарраларидаги ярим утказгичли оксид пардалар борлигини кур-сатди.

Электр угказувчанликнинг тулдирувчи концентрациятйга бог-ликлиги б (VI) урганилди. Олинган богланшлни- окувчанлик наза-риясидаги формулалар ' ёрдамида тушунтирш мумкинлиги курса-тилди.Чекриз кластерлар моделидан фойдаваниб, чексиз клас-тернинг зич.пиги,скеле4ч1 ва улик охирлари хажмий микдорлари-нинг модда компонентларининг концентрашшеига богликлиги аникланди. Окувчанлик чегараси якинида скелетнинг хажмий микдори туля хажмий микдорнинг худа кичик клемини ташклл этар экпн.

- 13 -

Таркибида темир кукуни булган композитлар диэлектрик сингдирувчаилигининг частртали-концйнтрацион е(f,Vi) богла-ниши урганилди.Компр8итларнинг 6(Vi) ва статик e(Vi) богла-нишлари окувчанлик чегарасига якинлашганда окувчанлик наза-риясинииг формулалари билан ифодаланар экан.

Окувчанлик чегарасига якин булган тулдирувчили намуналар злектр утказувчанлигининг температурага Оогликдиги урганил-ган. б ва Т " орасидаги кузатилаетган богланиш полимернинг термик кенгайишига боглик эканлиги курсатилган. Биринчи бу-лио композитдаги тулдирувчининг хахмии микдорини температура Силан богловчи хисобий формула олинди.

Биринчи Сулиб электр утказуьчан композит полимер моддалар учун турли фиэикавий таСиатга эга булган маоалалар орасида аник иослик (изоморфизм) борлиги тажриба йули билан аниклан-ди. Окувчанлик назариясининг асосий иасаласи электр утказув-чанлик ыасаласи булиб, термоэпк ва диэлектрик киритувчанлик эса бу ыасаланинг натижаси эканлиги исботлаиди.

Олинган иссиклик уткаэувчанликнинг концентрацияга боглик-лигини тушунтириш учун шартли моментлар усули билан иссиклик уткавувчанликнкнг етохастик дифференциал . . тенгламаларини ечишга асоеланган каркасли матрица модели гаклиф килинди.

' INVESTIGATION.OF ELECTROPHYSICAL. PROPERTIES OK THE FERRIFEROUS COMPOSITE P0L1MER1C MATERIAL.

The electropbyslcai properties of the ferriferous composite polymeric material I.e. electrical conductance, dielectric permittivity, thermoelectromotlye force and heat conduction have been investigated In this work.

The ultra-and fine -dispersive powder of iron have been utlllzated as a filler and . the polymers-the polyethylene, . the polystyrene and fluorlnecontalnlng polymer of mark F-42 have been utlllzated as a piatrix. The specimens have been prepared'by tVo method^^ the ball

»111 and fromsolution. У Г

. The Investigation of electrophyslcal properties of filler have been evidenced, that semiconducting oxldlo film have on the particle's of ultra- and fine dispersive iron. ,

- 19 - .The concentration dependence of conductivity filler have been investigated. It was shown that the received dependence one may described by means of the equations percolation theory. The density of infinite cluster, jihe volume part of ■skeleton and.the dead of ends, as a their dependences from component density have been defined by th^ model of infinite cluster. .Near- the threshold of percolation the volume part of skeleton was formed- the insignificant part of total volume.

The frequency-concentration dependence of dielectric, permittivity e(f,Vi) of ferriferous composite have been investigated. It was shown that at approaching to the threshold of percolation the dependence G(Vi) and static permitivity s(f,Yi) of the composite have been described by means of a one and the same equation obtained in limits of the percolation theory.

The temperature dependence of conductivityof- the specimens containing _of the filler near to the threshold of percolation have been studied.It was shown that the observed ■ dependence 6 vs T was connected with thermal expansion of polymer.. First, the calculated equation connected of the volume part of filler'in composition from temperature have been obtained. . ■ ■ . ■■

First, the exact conformity (isomorphism) have been experimental established between the problems of difference physical nature for conducting composition polymer materials. The problem of conductivity are the fundamental- .problem of percolation theory, so immediate consequence are the problems of thermoelectromotive force and .' dielectric permittivity have been proofed.

For description of concentration dependence of heat conduction the- framework -matrix model have been suggested which are establisched on a solution of. stochastic differential equation.of heat conduction by method of conditional moments. ""