Исследования электро- и теплофизических свойств полимерных композиций с металооксидными наполнителями тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.13 ВАК РФ

/МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО II СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РЕСПУБЛИКИ У3ВЕК ИС ТА Н ТАШ КЕ НТС К11Й ГОСУДА Р СТ 8 Е Н И Ы Й У НИ ВЕ Р СИТЕТ

РГ6 (М

1 3 И!0Н 19Я5 пРавах рукописи

УДК 541.64:539.2

КАСИМОВА ГУЛЬНОРА АБАЙДУЛЛАЕВНА

ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРО- И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛ ИМЕРН ЫХ КОМПОЗИЦИЙ С М Е Т А Л Л О О К С И Д Н Ы М И НАПОЛНИТЕЛЯМИ

01.04.13 — электрофизика

Автореферат

диссертации па соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ташкент — 1995

Работа выполнена на мсжфакультетскои .кафедре- общей физика физического факультета Ташкентскою государственного университет а ДА В и С СО Республики Узбекистан.

Научные руководители — доктор физико-математических

наук, профессор Магрупов М. А.

кандидат физико-математических наук, доцент Умаров А. В.

Официальные оппоненты — доктор технических наук, профессор Хамидов Н.,

кандидат физико-математических наук, доцент Зауголышкова Е. Г.

Ведущая организация — Институт химии и физики полимеров АН РУз., г. Ташкент.

Защита состоится « М» гШЖ51. 1995 г. в« ^ча-сов на заседании специализированного Совета ДК 067.02.24 по защите диссертации на соискание ученой степени доктора наук при Ташкентском государственном университете МВиССО Республики Узбекистан но адресу: 700095, Ташкент, ВУЗ городок, ТашГУ, физический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Ташкентского государственного университета.

Отзывы па автореферат -просим направлять по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря специализированного совета.

Автореферат разослан « ¿1 » ММХ 1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета (¡г Худайбердиев С. С.

.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ '

Актуальность. Требования отраслей народного хозяйатва к созданию газариалов, сочетающих в саба электрические и магнитные свойства металлов, сплавов, полупроводников в фиэино-иахан^часние, "технологические свойства, характерные для полимеров, обусловила в последние годы 'равний роот в развитии полимерных композиционных материалов.

В ряда отраслей электронной техники, например, для изготовления высоноонных,малогабаритных резисторов имеется острая потребность в электропроводящих композитах о небольшим температурным коэффициентом сопротивления и алантрошюй природой проводимости,величину которой 'можно было бы машть в широких пределах [мэ* 10я (См.снУ^Ганую проблему известными материалами и методами их разработки,в принципе, невозможно решить, т.н. в зависимости удельно!! проЕодимооти композиций от концентрации электропроводящего наполнителя (металл, сана, графит) имеемся, резкий скачок. Для реиеикя такой проблемы в качаотва наполни гзля полишриой композиции использовали оксиды металлов,тан как они имеют на очень высокие • значения электропроводности и обладают' полупроводниковыми свойствами. Характерные особенности строения полимерных композиций предопределяют ряд электрических и тепловых свойств,на встречающихся среди неорганических веществ; это обстоятельство придает большое научное значение исследованиям физических свойств подобных систем.

Каи известно, в последние годы для описания электрофизических и таллофиаичеоких свойств неоднородных систем разработана '.теория физики фракталов и имеется большем количество теоретических работ, но энспвркманталыша работы по определению фрактальных размерностей в.литература единичны. Поэтоиу имеется проблема экспериментального определения фрактальных размерностей иоследуемых полимерных композиций. Таким образом, исследования электрофизических и теплофизи-чоси их свойств полимерных композиций о ииталлоонсидниии наполнителями и выяснение механизма ялантропареноса в них является актуальной..

Учитывая изломаннее и работа поставлена цель: исследование электрофизических и мплофизичвсних свойств и итруитуры композиционных полимерных материалов с маталлоок-сцднкми наполнителями; выявление механизма злактропараноеа в 1шх;экспершш1гальн0в определение фрактальных размерностей к определение возможной области прэктичес-юп прими нения исследованных полимерных вомпозиций.

Цалввая направленность исследования обусловила лоста-полиу и овиения олндувцпх задач:

- носледование электрофизических к теплсфиэлчеоних свойств полимерных композиций с моталлооисидными внлючонинми и выяснении механизма переноса в них;

- изучение макроструктуры бесконечного кластера (БИ),обра-зсаанного из частиц м^галлооисидов в полимерной иоинози-ЦГЛ1 методами рэнтгаиофазньгх и злвнтронноминрооиопичасиих исследований и лирадоленка Фрактальных размерностей;

- иг.рэдэдопиа возможно!! области праитичоокого применения разработанных полимерных номпозкций.

Научная новизна. Виарвыа поелидованы елентрофизичискио и 'юплофизичеслш свойства полимерных композиций о иетал-лоокоиднини- включениями.Показано,ча'о s температурной зависимости проводимоети -¿(1) полимерных композиций на основа фторопласте (Ф-')2) наполненных оксидами металлов (CdOfRuCj?, SnC2) в интервала температур i00-M50K имеется, две области с различным механизмом проводимости.При высоких температурах наблюдается пршновая проводимость с постоянной длиной прыжка, а при низких - прьжкодап проводимость с пораненной длиной'прыкна,при котором прыжки носителей заряда .осуществляются в области параболическом нзазищели в плотности .локализованных состоянии в окрестности уровня Ферми. Исследованной частотной зависимости злсктронроводности£(р 'полимерных композиций с металлоонсидными наполнителями показано,что для образцов с объемно!! долзй наполнения вышв пороговой наблюдается критическая частота,до ноторого зависимость ¿.(р является слабой, а выше - сильной. Слабая зависимость ¿(|) композиций объяснена с точки зрения взаимной компенсации емкостной и мндуитиЕПой составляющих сопротивления композиции.

Тантл образом, а переменном элантричсокои пола прыждовий механизм при низких частотах объяснен иультишштяой моделью, а при высоких частотах - парной аодолью баз участия фононов.

Впервые установлен зффант переключения в температурной зависимости электропроводности полимерных КОМПОЗИЦИИ а неталлооноидниш! наполнителями.

На основа косвенных и непосредственных исследований изучена макроструктура БК, образованного из частиц матал-лоововдов в полимерной матрица н определена её фрактальная размерность.

На основа исследований теплофизических свойств полипа рзых композиций показано, что различные компоненты и 'дисперсность наполнителя оказывают существенные влияния на ■ теплофизическиа свойства композиций, которое обусловлено особенностями структурообразования пра их формировании.

На основа исследований электрофизических и таплофизи-часних свойств полимерных композиций опрадалены возможные области практического применения изучанных композиций, и примеру, в качества разистивных элементов в микроэлектронике.

Практическая данность. Развитые в работе представления о механизма проводимости и макроструктуре исследованных полимерных композиций позволяют'лучше понять природу элан-тропареноса в таних системах. На основе этих исследования обоснована возможность использования полимерных композиций о ыаталлоонсидицми наполнителями в начеотва специальных резистивных элементов.

' Положения. выносюша на защиту;

• I. В зависимости электропроводности полимерных композиций с маталлоонсидньши наполнителпми от температуры (100*450 К) имеет место три ракима прикновой проводимости. При высоких температурах (I) наблюдается пршновая проводимость с постоянной длиной прыяна, а при низких (Ш) прыжковая проиодшость с пораисшю!) длив о И ирыниа. Их разделяет некоторая пароходная область (И).

2. Частотная зависимость проводимости при низких частотах ник в виооиатенпиратурноЦ облаоти (1),та!; и ъ пиано-тзьпаритурной облчети (Ш) описичается муль-птлвтной ко/лльв

гда электрон аа время полупериода иолебавия внешнего поля уапввавт совершить много прыквов меаду локализованными состояниями, а при высоких чаототах - парной моделью, где электропроводность осуществляется эа очет влзктроиаызс . переходов между парами электронных состояния.

3. На ооново рентгенофазных исследований определена отепвнь кристалличности полимерной композиции. На основе температурной зависимости мплопроводнооти и теплоемкости исследованных полимерны:" иошюзиций определены температура отеклования я кристаллизации последних.,

Анализ элентронномшфоо.чопичаоних съемок срезов полчмерной композиции ,на ЭВМ, дал возможность изучения макроструктуры БК, образованного из частиц металлоогеида в полимерной матрице и определения значения фрактальной размерности в зависимости от отепени наполнения, которая меняется в пределах 2,17 -t2,45 в зависимости от концентрации наполнителя 0,1 0,6 объемных долей.

Апробация работы. Ооновные результаты диссертации догладывались и обсуждались в I Международной научной конференции "Новые материалы и приборы" (Ташкент,1994);Мокдународ-ном совещании по проблеме "Новые перспективные материалы и технологии" (Ташкент, 1994); в I научной конференции высокомолекулярных ооединений "Уэбакистон Шзкро-92" (Ташкент, £992); Республиканской конференции молодых ученых-физинов вузов (Ташкент, Г991); Республиканской научной конференции "Актуальные проблемы полупроводниковых структурных элемента с" (Фергана,1992); I Республиканской конференции молодых физиков по "Твердотельной электронике" (Накапай, 1994); Реопублииансной научио-ыатодичзеной конференции посвященной к бОО-летию Улугбека (Гулиотон,1994);в ежегодных конференциях молодых ученых и специалистов 'ГаиГУ¡научных семинарах кафедры общей физики физического факультета ТашГУ.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы 10 научных работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка литературы. Она содержит 115 с. машинописного текста, включая 32 рисунков и 5 таблиц.Библиографический список содержит 6? наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проводимых исследований, сформулированы цель работы и поотановна задачи исследования, излохани научная новизна и практическая значимость полученные результатов.

Первая глава представляет ообой экспериментальную чаоть работы,где приведены объекты исоледования,способ приготовления разиотивных композиций,иатодина и погрешность экспериментов. В работа иопользованы, в качестве полимерного связующего, фтороодержащий полимер марки Ф-42, в качества электропроводящих наполнителей - двуокиоь рутения (Ки02), двуокись олова (55п02) и окись кадмия (СсЮ).

Во второй глава приведены результаты исследований электрофизических свойств полимерных композиций на осаота фторопласта с металлоонсидными наполнителями.В частности,исследованием концентрационной зависимости электропроводности т определена топология БК, образованного из. частиц наполнителя и анализирована а рамках теории неоднородных систем. Определена критическая концентрация наполнителя , значение которой равно для композиций о йиОг'-ОДЗ, и о С110~0,35 объемных долей. Для определения механизма электроне ранооа полимерных

-2

-ч

-6

-81 -10

-12-1

^¿/"(0 м.окГ1/

, композиций о маталлоокоид-1 ныии включениями исоладо-| вана температурная зави-? ¡^ оимооть проводимости. Как видно из рис.1, при относительно низких темпара-3 турах зависимость ¿> (Т)

композитов является очень I слабой и соответствует полупроводниковому типу -ц £ £ ^ ^ проводимости 0^=0,3 Й (V* 10 /Т,К при высоких температурах

Рис.1. Темпаратуршш зависимость измерения наклон аавиаи -ПрОВОДШЮСТИ полииерних НОЧПОЗИ- „пг.~и „ути) янии-ций на основа Ф-42 + С<Ю. иоти поототио увалши-

1-0,1; 2-0,2; 3-0,3; 4-0,4; ваагся с поЕыианием ии-5-0,5; 6-0,6; 7-0,7 опаратуры и о увеличением

TJjK иря озок сохраняются полупроводниковые свойства. Для образца сЛ£>0,5 об.д. электропроводность почти не зависит от Т а это, видимо, связано с гам, что здесь относительно хорошо сформировался окалот БК из частиц металлсоксидов и проводимость харантЗркзуется природой оноидов металлов.При высоких '¿'зшоратура;с изивраиия наблюдается ип/ерссное яшв-вка для сбразцов о VvBp, т.е. с увеличением таыпэратуры электропроводностьумныдаетсп. Такое поведение полимерных комиогиииЯ на ос нога Ф-ь 2 видимо полно обменить следующим образом:

рпг известно /I/, при нагревании гетерогенных полимерных материалов имавт кесто два конкурирующие процесса.Снижение, обусловлен нов увеличением среднего расстояния .между частотами металла при тепловом расширении полимера и возрастание, связанное с увеличением тушшлирования носителей ааряда мекду частицами.

Исследования зависимости ti и композиций от Т показывает,чте наблюдаемый при низких наполнениях характер . иоталличеоиой проводимости в bübhgkhocth ¿(T) композитов при высикш: Т связан с тарнпчеонии расширением полимера, вследствие которого расстояния между частицами наполнителя увеличиваю^: и ухудиаатоя тунноли^ование носителей тока между последними.А при высоких наполнениях гуотообразолав-иый БК в некоторых местах обрывается вследствие теплового расшироиия полимера,но все га полностью но разругается,т.е. здось ноэ&фициаит теплового ■ расширения композиции иа-эа вклада наполнителя'вал и кластер образован довольно густо.

Для однозначного выяснения природы ¿ (Т) композиции проводок дополнительный эксперимент в ячейке, где объем композиции с увеличением Т остается постоянным.Как видно в» результатов исследований ¿> (1) композиций, в,такой ячейка во всем исследованном интервале температур имеет полунронодгшйопый характер. Это еще раз подтверждает, vio наблюдавшийся иаталяояодобный характер проводимости

связан с тепловым расширением полимера.

ОоосГий интерес представляет изучение механизма проводимости в повшвраих системах с патоллоонсидиымл включениями. Механизм проводимости в таких омотомах является прыжковым,

а зависимость (т) описиваатся выражением вида /2/:

(I)

При этой возникает вопроо о точном определении величины "х" в выражении (I), что позволило бы получить информацию о механизме проводимости

В качестве примера рассмотрим полимерную композицию на основе Ф-42 о наполнителей С60, С ростом объемной доли наполнителя меняется характер зависимости 4(Т) композиций. Для образцов, наполненных при "/¿=0,5 величина слабо зависит от температуры.

Для- количественного анализа кривых ^ (Т) и-определения механизма элактропераноса, в частности, для определения 'величины "х" в (I) применяли матодину приведенной энергии активации проводимости Из исследований температурной зависимости приведенной энергии активации видно, что в интервале температур ¿20*400 К имеютоя области;харан1е -ризующиаоя различным механизмом проводимости: высокотемпературная (I) и низкотемпературная (Ш), которые разделяются некоторой переходной областью (П), где ^?2<Г(^Т) имеет особенность в виде -излома, соответствующего резному уменьшению анергии антивации проводимости с понижением температуры. В высокотемпературной области имеет место линейная зависимость ¿^иач о коэффициентом пропорциональности

близким к единице, что соответствует экспоненциальному закону изменения о температурой

¿=А0'вхр(- (2)

Анализ показал, что наблюдаемый при различных наполнениях эанон (2) при выооких Т (I область) ооотвемтвубт Ез проводимости, При низких температурах имеетоя область линейной зависимости Iу V от о коэффициентом пропорционалыкоти близким к 1/4, что соответствует экспоненциальному закону для проводимости с переменной энергией активации

(з)

т.е. Ио'пошшан щнс-иоиая проводимость с пираиенной длиной прыкна.

Несмотря аа то,что в ряде радиоэлектронных аппаратурах аа эламвнт сооюящую ив электропроводящей полимерной композиции подаетоя переменное влаятричеокое поле, частотной зависимости электропроводности полимерных композиций в литературе почти на Уделяется внимание. Но исследования показали, что частота переменного поля ие в иеньпеА мере влиязт на сопротивление образца,чем температура, особенно при высоких частотах, кроме того на основе исследования частотной зависимости проводчмооти композиции можно получить дополнительную шфоршцию о юханизмз проводимости полимерией композиции,в частности,в переменном электрическом поле.

Электропроводность образцов + СНО с низким содержанием проводящей компоненты с увеличенном частоты электрического поля от Ю2 до Ю7 Гц увеличивается и имезт степенной характер вида

Аналогичная зависимость ¿> (р наблюдается и для других неупорядоченных систем.

Согласно исследованиям в исследованном интервале чао-тот в композициях но основа ф-42 ! СсЮ в определенной области частот характерная длина пряжка электрона становится соизмеримой со средним расстоянием между центрами локализации и поэтому должен паблюдатся реним перескоков по многоузельным кластерам, т.е. мультинлетная проводимость. Наличие многоузельных кластеров в этих образцах возможно за счет интенсивной агломерации частичек оксидов металлов. В композициях со отепеныо наполнения ^=0,3 и 0,4 при частотах 10 * Ю7 Гц механизм проводимости описывается парной модалью, однако, то что такие механизмы описывают частотную зависимость проводимости квлятельно утвердить и другими катодами.

Анализ литературы показал, что мультиплатные перескоки происходят, в случаях, если соблюдаются следующие условия: во-первых, если выполняется неравенство

где энергия перехода, к Ц„.~1«'аксиг.альиая энергия фоноиа; во-вторых, ясли .частоты измерений удовлетворяют неравенству

К > ^т

(5)

где N(1- концентрация наполнителя ,Л- обратный боровсиий радиуо локализованных ооотояпий,^ - частота фонона (порядка Ю12 о""1);

в третьих, если показатель стапени в выражении (4) стремится к единице с ростом частоты;

в четвертых, если частотную зависимость проводимости можно описать выражением /3/

, (?) -

гдн£?- безразмерная величина, ¿0 - коэффициент-пропорциональности, зависящий от концентрации наполнителя; .з пятых, если согласно /4/, растет о увеличением

частоты;

в шестых, если, ооглаоно работе /3/, концентрация узлов медленно падает с ростом частоты ;

в седьмых, если значение структурного фактора Л в пределах Ю-2,то происходит пршсаап пролодтюоть о переменной энергией активации, т.е. зависящая от температуры /3/.

Разъюмируя исследования по вышеуказанным требованиям, можно оказать, что в области чаотот 102 Гц механизм

проводимое?« соответствует мультиплетной модели, в облаоти частот выше 10^ Гц - парной модели (без участия фонона). А в области частот Ю5 * 10^ Гц является промежуточным нееду парными и мультишштныыи моделями.

Из исследований чаототной зависимости проводимости при низной температура (где, по определению из ¿(Т), действует механизм проводимости с пернменной длиной пршьа) видно, что экоиаршлйнталыша результата соответствуют о теоретическим внракением /5/

^ (ъг, Т) я А яхр/"-Р(-|а)р] , (8)

лредложашша Рудьно В. и Фияук К. Это еще раз иодтваридавт правильность определенного механизма проводимости при низких температурах. Такие м результаты получлни для резистивша

КОМПОЗИЦИЙ С ДОбМШ!! 111:».1 ДРУГИХ ОКСИДОВ ( £ П 0г И ИмО;}).

В третьей глава диссертации рассмотрены основные гаплофизическиа свойотва исследуемых полимерных композиций на основе Ф-42 + CdO, Ф-42 ч-бпО;,, Ф-42 + Яи02.

Кон показано выше, в X (Т) полимерных номпозиций на основе -ФЧ>2 наполненного Сс!0, обнаружено изменение механизма влеитроперзнооа, которое может быть обусловлено структурными изменениями, поэтому полное понимание таких структурных изменений, т.е. молекулярных процэсоов, в общем, требует экспериментальных подтверждений различного рода.Исследования структуры композиций: диэлектрической проницаемости, плотности, элентронномикроскопичасного исследования и тармичос-ких свойотв при изменении объемной доли наполнителя - все представляет интерес. Иногда может оказаться достаточным изучение только термических овойств, чтобы характеризовать некоторые виды фазовых изменений.

К числу основных фундаментальных овойств электропроводящих полимеров относится теплопроводность - зе. .Измерение температурной-зависимости теплопроводности - & (Т) прово -дитсп для получения информации о физических свойствах твердых тел, т.е. является структурно-чувствительным параметром.

Исследование коэффициента теплопроводности полученных полимерных иомпозиционных материалов показывает, что раз -личные компоненты и дисперсность наполнителя оказывают существенное влияние на теплопроводность композиций, что обусловлено особенностями стрртурообразования при их формировании. С увеличением объемной доли наполнителя-^ теплопроводность композиций растет и наиболее чувствительный рост X. наблюдается в образцах оУ^Т/^.

Сопоставление теоретических расчетов о экспериментальными данными дает возмонность получить представление о структурообразоввнии полученных полимерных номпозиций . Исследования показали, что для наших образцов более подхо -дящим является формула Эйкана-Одалезокого, на основе которой леиит модель неоднородной хаотической системы о изомерными частицами, заполняющие весь объем материала.

Исследования температурной зависимости теплопровод -иосхи композиций па основе Ф-42, наполненного различными концентрациями (МО показывают, что .с повышением температуры

л; композиций растет. Вдг(Т) для воех исследованных поли мерных композиций в области Г0 наблюдается скачок, по видимому, овязанный с кенформационными изменениями структуры полимерной композиции. Надо отметить, что с увеличением VL теплопроводность композиций увеличивается." При высоких Т, как и в электропроводности, наблюдается спад теплопровод -нооти, который исчезает в постоянном объема. Как видно из исследований, в ге(Т) выделяются две области изменения температурного коэффициента, что свидетельствует об изменении условий переноса тепла через образец.

Теплоемкость - Ср, как и теплопроводность, является одним из важнейших тепловых характеристик полимерных композиций.На кривых Ср» | (Т) проявляются разнообразные физические превращения: отенлование., плавление, переход из одной кристаллической модификации в другую,некоторые релаксационные переходы.Из экспериментальных данных Ср(Т) следует, что в области температуры 273 ■» 400 К до начала расстеклования теплоемкость полимеров являетоя линейной функцией температуры Ср^Т1. ■ •

Из рис.2 видно, что в температурной зависимости теплоемкости полимерных композиций о металлооксидвыми наполнителями в интер -вале температур 173*473К наблюдается.два лямбдо-обраэных пика. Следует отменить, что температура наблюдения ляибдо-образного пина в обшети Тс, о увеличением конце нтрации оксидов метал -лов 'в композиции, смещается в более высокие температуры. Снещзние пика по температуре в зазисадасти от стапеля

3,02,52,01,5

1,00,5-

•I03,

Дя/кг-К

273

373.

473

Г,К

Рис.2, Температурная зависимость теплоемкости полимерных композиций на основа Ф-42 + I- iOO/i <1-42; 2-0,1 , 3-0,3 к 4 - 0,5 об.д. ВпОг. -

наполнение иокно объяснить таи, что с увеличением степени наполнения о{Iсадани кристалличность полимера возрастает в насколько раз,которое увеличивает вероятность взаимодействия между молекулярными цепочками и частицами металлооксидов. Если учесть, что номпозиа о оксидои болае кристалличеп по сравненш? о полимером, то смещение пина в более высокотемпературную область естественно связать с упорядочением С1рувтурц номпозиции.

Измерениями зависимости теплоемкости и теплопроводности от температуры обнаружено наличие обратимых структурных перастроо« щ композитах.Причем,различные методы в пределах ошибок фиксируют постоянную температуру перехода, теплоемкости, теплопроводности, что. основой всех обнаруженных аномалий являзтея единый механиам, т.е. отрунтурная перестройка дефектных .состояний полимерных композиций фторопласта о оксидами металлов.Установлено',что температура переходов зависит от отелени наполнения и "нриоталлично -оти образцов.

В чатвартой главе диссертации приведены исследования, позволяющие дать дополнительные . непосредственные сведения о структуре полимерных композиций, такие как дериватографи-часкиа, рантгенофазныа и злектрошюыикроскопичаснка. Для ваяонения фааового состава композиции и наличия хими -чесного взаимодействия между компонентами композиции мы исследовали полимерную композицию методом рантгенофазного анализа. Как видно из результатов дифрактограмм полимерных композиций, о увеличением объемно!) доли проводящей фазы кристаллическая часть композиции увеличивается, что подтверждается увеличением площади под пиками кристаллической фазы относительно площади аморфного гало. На рентгенограмма полимерной композиции ф-42 + RuOg на равне о рефлексами крио-талличасной составляющей полимера Ф-42 с маяплооиостннм расстоянием dsif,oi} 2,22 А, присутствуют рвфлансы от EuOg (некоторый из них несколько смененные) о d =1,35?; 1,400 ; 1,590; 1,690; 2,050; 2,260; 2,560; 5,180 Я, а танка очень олабив рефлексы с d =1,050; 1,130; 1,158 Я, принадлежность которых не установлена. Очень малая интеноиыюсть данных

пиков говорит о том, что кристаллическая фаза о данными пиками в образца присутствует в очень малых количествах и существенную роль в электропроводности на играет; Сравнения дифраитограмм образцов с различным количеством проводящей фаза (Ки02» Са0,йп02) поназывает оледующаё:

1) линии проводящего компонента становятся ааметными на дифраятогрэчмах композиций,начиная с малых концентраций Йи02 (Сс10, бп02)^ 3*5 % Линий Йц02 (Са0,£гг02) довольно широние, что говорит о ее диопароностй;

2) большинство линий на дифрантограммах совпадают с линиями "Ки02 (Сс/О, б пО£) и связующего полимера Ф-42 меняется

лишь их интенсивность. Это говорит о том,что химичао-ний соотав приблизительно один и тот же,меняется только процентное соотношение компонентов, В настоящее время имеатоя много методов оаднки степени кристалличности, основанных на измерениях плотности , инфракрасной спектроскопия, спектров ядерного магнитного резонанса и пр. К чиолу наиболее распространенных относятся методы измерения этой характеристики,' основанные на данных иироиоугловой и малоугловой дифракции рентгеновских лучей. Напр., метод Гарманса-Вейдингера, для определения по которому достаточно получения дифрактограмм в интервале углов раоселния до 30°.

Для определения степени кристалличности полимерных композиций по методу Гернанса-Вейдингера воспользовались набором образцов полимерной композиции (с различной отепенью наполнения).По дифракционным кривым для каждого из этих образцов находили величины ¿?Нр(площадь под кристаллическими рефлексами) и б?ам(площадь под кривой аморфного гало).Затем в /гоординатах ¿?Нр= | (Яам) С-'Яладызали соответствующие точки на графике и, воспользовавшись формулой

где Л=6Нр при 100^ аморфности,определили степень кристалличности исслздуемнх полимерных композиций,которая меняется в продолах от до 60% в зависимости от степени наполнения.

Ыетодо:.: элонтронноминроскопиче'ских исследований определена ]р;зкталымя размерность БК,образованного из частиц

- и -

наполнителя о помощью среза фотосъемок. Как известно, фрак-сальные системы согласно своему определению обладают дроФой размерностью, которая не совпадает о размерностью пространства. При анализа фрактальных-систем в первую очередь важен сам ноннрвтный физический объект и понимание его фрактальных свойств, ноторый помогает более детально проанализировать свойства этого объекта. Основная информация по франтальным кластерам была получена на оонова математического моделирования процессов образования фрактальных кластеров и аналиаа образующихся, при згой структур. В этом случае роль экслера-манга состоит в понимании реальности' таких структур и их свойств.До с;:х пор в литература встречаются единичные сообщения об экспериментальном методе определения фрактальных размерностей. Цы анализируя полученные о помощью элактрон-ноиикроон.опичеоких фотографий агрегатов частиц металлоокси-дов полимерной матрицы определили фрактальную отрунтуру этих агрегатов, иначе БК. Фотографии о помощью сканера вводились в компьютер и обрабатывались. Таким образом определялась фрактальная размерность полученных образцов,которая меняется в пределах 2,£7 л 2,45 в зависимости от . Как поназывают результаты - размерность маталлооксидных кластеров,образованных в полимере, является дробной,т.е.это ве двумерная и трехмерная система. Значить, при описании свойств подобных систем нельзя пользоватоя теоретическими моделями, разработанными для двух и трехмерных сиотем, т.е. появилось полз деятельности для теоретических работ.

Основные результаты работы:

1. Впервые показано, что в интервале температур £00 < '450 К в ^ (Т) полимерных номпозиций с ыаталлооксидными наполнителями имеет ивото три режима прикковой проводимости. При выооних температурах (I) наблюдается прикковая проводимость о постоянной длиной прыжка,а при низких (Ш)~ прижновая проводимость с переменной длиной прима и опиоываетоя зависимостью & -¿.„ехр [(—Указанные области 1 и В разделяет из которая переходная область (П).

2. Показано, что в зависимости электропроводности композиционных полимерных материалов от объемного содержания наполнителя при использовании £и02 в качестве наполнителя,

наблюдается равна!! скачок вблизи V нр, а при добавлении СМО указанный скачок отсутствует.

3. Иоолодованк ан частотной зависимости проводимости полимерных композиций с маталлоонсидн'ши наполниюлями показано, что для образцов с объемной долай наполнитедл вышз пороговой наблюдается критическая частота, до которого зависимость (р является слабой; а выше сильной. Слабая зависимость ¿> Ц) композиций объяснена о точки зрения взаимной компенсации .емкостной и ипдувтизноЯ ооогавлящк сопротивления композиции. (р композиций описывается мультиплетной и парной моделью прояодиаосгп.

4. Зпврвыо обнаружен обратимый зффзкг трзялвчввия э температурной зависимости электропроводности и теплопроводности полимерии; ксышзщиЯ о гагаллвокснкивш наполнителями (выше арнтичвонсй нонцонграция ышшкпзяя в высоких температурах изкврзния). Данный зффспт объяснен тепловым расширением пол:швра. и обрывом скелета бзспопвчного ¡'ласте ра, образувпагооя из частиц вополнпиля.

5. Показано, что в Евыпвратурпой зависимости твплсвмяосгп полимерных кояпсзлцлй с мвяаллоовендннки пьпслнител'гш наблюдав тег, два пгла, связанные ао извплозавпбк п кристаллизацией полимерных композиций. Температура наблюдения Т0 смещав тон в сторону высоких юипвратэд г увеличением объзыного содержания наполнителя.

6. Исследована концентрационная завиипЕвть таплопроьодноозп от объемной дола заполнителя и температуры. Показано,что наиболее подходящей формулой опиоашш зависпмосгя является формула ЭВкзна-Одолавского. В температурной зависимости теплопроводности наблюдается сначок прп 10 композиций, который связан с копформачионшдш изиЕшепсшв з полит ре. '. .

7. Ка основе злвк!грс1ТЯомтфоско11Ичэсв1пс,гэрмогравкгетрпчвс-яих, электрофизических и рептгенофазчшх исследований изучена1 макроструктура БК, образованного из частиц металлооксидов в полимере и предлсшт экслзршвнталышЯ метод определения фрактальной разиерности поелвдн&го . Впервые показано, что фрактальная размерность полимерной композиции с металлоокоидными включениями являагоя дюб!оЯ

u меняется oi 2,17 до 2,45 в зависимости от концентрации наполнителя.Это указывает из то,что при описании электрофизических и теплофизических свойств подобных систем простое использование уравнений и теорий, разработанных для двух и трехмерных систем предотавляется невозможным. 8. Благодаря стабильности электрических и теплофизических характеристик, малому удельному весу, низкой стоимости и широким диапазонам сопротивления (I02 * 10*° Ом) полимерные композиции с металлоовсидными включениями могут найти применение в различных отраслях элентронной промышленности, в частности, в качестве полимерных композиционных резисторов специального назначения.

■ Основные результаты работы опубликованы в следующих научных трудах:

£. Касимова Е.А., Хамидов'111.Р., Умаров A.B. Процесс формирования и механизм проводимости полимерного полупроводника на основе легированного двуокисью рутения фторопласта// Тевиоы доцл; Республиканской научной конференции' . по актуальным проблемам полупроводниковых элементов.Фергана. 1992. С.20.

2. Умаров A.B., Хамидов И.Р., Магрупов М.М., Саидния-вов А.,Касимова Г.А. Электропроводящая композиция на основе нового наполнителя// Тезисы доил. I научной конференции по высокомолекулярным соединениям "Узбекистон Макро - 92" , Ташкент. 1992. С. 55.

3. Магрупов U.A.,Умаров A.B.,Хамидов Ш.Р..Касимова Г.А. Электропроводность и структура композиционных материалов на основе фтороплаота и двуокиси рутения.// Узбекский физический журнал, 1992, йб, С. 56-61.

Уагрупов U.A., Умаров А.В.,Хамидов EU?.,Касимова Г.А. Природа температурной зависимости алентропроводнооти полимерных композиций <®-<й+Ви02 .//Доклады АН РУэ. 1993, № 5 , С. 29-33.

5. Касимова Г.А,, Хамидов Ш.Р., Умаров A.B. Металлок-оадли И0МПО8ИЦИЯВИНГ иссицлик утназувчанлиги. // Доклады АН РУа. £993, te 6, Сф 27-29. ,

6. Умаров А.В.,Махмудов Р,Х.,Каоимова Г.А.,Кадыров Дж„ Абдурахманов У, Гвпотетическая энергетическая модель трех-

компонентной резиотивноИ композиции.// Тезиоы докл. Республиканской конференции посвященной к бОО-летип Улугбека. Гулистон. 1994, Ч.П, С. £25.

7. Умаров A.B., Касимова Г.А. Чаототная зависимость проводности полимерных композиций.// Тезиоы докл. I Республиканской конференции молодых физиков по твердотельной электронике. Нлманган. 1994. С.282.

8. Умаров A.B., Касимова Г.А. Исследование меяфазного олоя композиционных материалов на основе фтороплаота и оксидов металлов.// Тевиоы докл, I Международной научной конференции "Новые материалы и приборы". Ташкент. 1994. С. 221.

9. Касимова Г.А..Махмудов Р.X.,Умаров A.B. Струнтурпые иоолсдования композиций на основе полимера для резисторов// Тезисы докл. 1 Международной научной конференции "Новые материалы и приборы". Ташненг. 1994. С. 245.

10. Магрупов М.А.,Умаров А.В.,Саидходяаева К.Ш., Каси -нова Г.А. Исследование меяфазного олоя электропроводящего модифицированного наполнителя.//Плаот.наосыД994.№1.С.24-25.

Список цитированной литературы:

1. Годовскйй Ю.Г. Теплофизика полимеров.-Л.:Химия,1982.210о.

2. Могг Н.,Дзвис Э. Электронные процессы з ненристалличесякх веществах. - М.: Мир, 1982. В 2-томах, 658 о.

3. Брыксин В.В. Частотная зависимость проводимости одномерной системы в рамках метода эффективной среды.//ФТТ,£982, т.22, №7. о. 2048-2056. •

4. Брыксин В.В.,Дьякован0 М.Н.,Муждаба В.Й.,Ханин. С.Д. Анализ характера прыяковой проводимости по частотной зависимости тангенса угла потерь.// ФТТ, 198£, т. 23, Ш 5. с. I5I6-I5I8.

5. Рудько В.И.,Фищук И.И. Низкочастотная проводимость неупорядоченных систем в области занона Мотта.// ФТТ, £980, т. 22, N2 6. 0. £897-1898.

6. Eiormnh К. Thermal expenelon in polymere // Koll. - Z.-1900. - N 1 - 2. - P. 55-56.

7. Смирнов D.M. Физика фрактальных кластеров,- [Д.: Науна , £991. 132 с.

MaTajiJioHo:ia i$jiflnpyB<injiapif dyjiran noimuapjiH fl0un03Hui!i!JiapiiHHr SJiaiiip Ba Mcoiift.™ <I)H3MHaanra oils i;ycycnfiiJiapii!in safipu i|nJiiiia KaciitJOBa r.A.

¡{HCKa'ja ua3iiyHii

Juidy aiiccapiauHii, acociifla (jjiopoiuiaoT dyjiran., Ri^.SViOg, CdO 6Hnaa lyjisHpiwraii Houno3MUHfl;iapHKiir siieKip Ba HOonijniiH $H3H8aoMra oiifl xycyciiHTJiapinni TaHPH ijiinmura fiaiiiuiJiaHaflH.

inocapi'auHH^a, noJiiwep H0Mno3nmiajiapiiHHr 3J18htp yma-ayBuaujinrnra .^apopaiHunr labciipn ypraumincj, ^apoparmwr 100 ■} 450 K opaJiiirBaa sJieHip yiKaayBqaujuinHiiiir iypjiH Maxa-Hiiaura xoc 3 ooj;acii uaBayflJiHni iiypcanuiflH. Juidy HounoaHiuia-jiapaa anc ijafiia ynaia aiximimi aHH^auflii. nojiimapaa xooik Oyjiafliiran HaK0H3 HJiaorepiiHHr uaHpocipymypacH Jpraairaid, yHHiir ^paBTaJi yji'iaujiapH aunpaHflH. Typjin TyjwipyE<injiap Ba yaapHHHr aappanapii iioJititaepfla HoilJiauiHiii tapiHdHra napafi uou-noaHUHHHHHr HconiiniiB xycyoHaijiapHra caaunapjin laioup nypca-iHiaii Ba <5y latcHp iiojwaHHHr iaatfjijianniij acapaeiiura (Sofjihk siianjiviru ypramuiflii..

INVESTIGATIONS OF ElECTRO- AW THERMAL PROPERTIES OF THE POLYMER COMPOSITIONS WITH METALOXIOE FILLERS

Kaslmova G.A.

Abstract

The electrophyalcal and thermal propartlea of the polymer compositions on the baee of ftoroplaat, filled by RuOg, SnOg, CdO are Investigated In thia thoaia.

In the dieaertetion la ahowen, that there ara 3 regions with different mechanism of olectroconductivity over a 100 ♦ •t 450 temperature range. The ravoralblo effect of switching la defined In this compositions. The Infinite claster macro-etructure, which lo formed in polymer ore studied and it's fractal dimensions ore determinated, Tho offoct of substantial Influence of different components and dispersions of tha filler upon the thornal properties of compooitiono,which 1b concornad with the formation procoas of the polymer compositions are studied.