Композиты металл - полимер для твердотельных потенциометрических сенсоров

• Автор: Хорошилова, Светлана Эдуардовна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Ставрополь
• Количество страниц: 139 с. : 7 ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Литературный обзор
1.1. Материалы, применяемые в качестве чувствительных мембран сенсорных датчиков для определения ионов Си2+
в водных растворах
1.2. Композиты металл/полимер в качестве электродного материала для потенциометрических сенсорных датчиков
1.3. Методы получения композиционных материалов
1.3.1. Метод химической металлизации термопластичных полимеров
а) травление
б) сенсибилизация
в) активация
г) химическое меднение
д) механизм протекания процесса химического меднения... 31,
1.4. Особенности кластерной структуры композиционных материалов
1.5. Характер взаимодействия меди и полимера в
процессе синтеза композиционного материала
1.6. Электродные свойства композитов, обусловленные взаимодействием медь-полимер
ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования
2.1. Исходные вещества
2.2. Получение образцов композиционных систем и подготовка их для исследования
2.3. Измерение физико-химических и электрофизических характеристик композитов Си/термопластичный полимер
2.4. Потенциометрические измерения
2.5. Физико-химические методы исследования

композитов металл/полимер
2.5.1. Оптическая и электронная микроскопия..*
2.5.2. Рентгенофазовый анализ
2.5.3. Атомно-силовая микроскопия
2.5.4. Рентгенофотоэлектронная спектроскопия
2.6. Статистическая обработка результатов измерений
ГЛАВА 3. Экспериментальная часть
3.1 .Получение образцов композитов Си/термопластичный полимер
3.2. Исследования структуры композитов Си/термопластичный полимер методом оптической и электронной микроскопии
3.3. Потенциометрические измерения
3.4. Исследование чувствительности и селективности композиционных электродов
3.5. Исследование состояния поверхности композитов методом рентгенофотоэлектронной спектроскопии
3.6. Исследования фазового состава образцов композитов 113,
3.7. Исследование поверхности композита Си/полистирол методом атомно-силовой микроскопии
ГЛАВА 4. Обсуждение результатов
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Композиты металл-полимер, сочетающие уникальные свойства полимера и металла, обладают рядом новых качеств, которые у известных материалов отсутствуют. Они состоят из двух или более компонентов, различающихся по своему химическому составу и разделенных выраженной границей; неоднородны в микромасштабе и однородны в макромасштабе; состав, форма и распределение компонентов “запроектированы” заранее; свойства сложным образом связаны с каждым из компонентов. Это новый класс инженерных материалов, который в последние годы всесторонне изучается и находит широкое применение в различных областях техники и в самых современных технологиях: информационных, компьютерных и экологических. В последнем случае они используются как электродные материалы для создания высокочувствительных и селективных электродов для химических сенсоров (датчиков, детекторов), способных давать отклик на ионы и молекулы анализируемых веществ в растворах при мониторинге различных природных объектов. Технологичность и доступность композитов металл-полимер дает возможность получать как пленки, так и массивные образцы любой сложной формы. Сигнал, функционально связанный с содержанием определяемого вещества, может измеряться как напряжение или ток в цепи рабочего электрода, изготовленного на основе композиционного материала.
Анализ литературных и патентных данных о возможности использования композитов металл-полимер в качестве ионселективных электродов указывает на недостаточную экспериментальную и теоретическую разработку исследований в этой области, поэтому исследование композитов металл-полимер как электродных материалов представляет практический интерес.
Применение потенциометрического метода для определения концентрации ионов металла в водных растворах с помощью ионоселективных электродов (ИСЭ), является весьма простым в приборном оформлении,

делокализованными тс-электронными связями и описывается волновыми функциями электронов с различной энергией, характеризующими распределение электронной плотности во всём твёрдом теле. Электронные свойства металла или полупроводника определяются волновыми функциями, соответствующими энергетическому спектру вблизи уровня Ферми,

разделяющего заполненную (электронами) и свободную части энергетического спектра [103]. Эти функции имеют большое число узлов (точки в пространстве, где значения волновых функций равны нулю), сравнимое с числом атомов в системе, а расстояние между узлами волновой функции совпадает по порядку величины с де-бройлевской длиной волны электрона Х,в, характеризуемого этой функцией, как показали авторы [104]. В достаточно большом кластере, когда радиус превышает величину А,в, соответствующую электронам на уровнях, близких к уровню Ферми, его структура и электронные свойства такие же, как у обычного металла или

полупроводника. С уменьшением радиуса до Я,в появляются квантовые эффекты, влияющие на структуру частицы, сплошной спектр уровней энергии в зонах меняется на дискретный, в энергетическом спектре полупроводниковых частиц увеличивается щель между заполненной и свободной зонами. В работе [105] было показано, что наночастицы Аи (12 нм), разделённые органическим изолятором, электронно связаны. В работах [106, 107] доказано, что время жизни горячих электронов уменьшается с уменьшением расстояния между частицами. Таким образом, наночастицы “чувствуют” друг друга на расстоянии.
Практически любой полимер имеет структуру, состоящую из кристаллических участков, хаотически распределённых внутри аморфной части. Например, полиэтилен в зависимости от метода синтеза имеет различную структуру. Полиэтилен низкого давления имеет более строгое линейное строение, большую плотность, кристалличность и температуру плавления, чем полиэтилен высокого давления. Кристалличность типичного полиэтилена низкого давления составляет 75...85 %, а полиэтилена высокого