Исследование порошков политетрафторэтилена и композитов на его основе методом ЯМР твердого тела

• Автор: Смирнов, Михаил Андреевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 123 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Фторполимеры

1.1 Классификация фторполимеров

1.2 Свойства фторполимеров

1.3 Применение ПТФЭ

1.4 Факторы, ограничивающие применение фторполимеров

1.5 Методы устранения недостатков ПТФЭ Глава 2. Методы исследования

2.1 Литературные данные о методах исследовании ПТФЭ

2.1.1 Инфракрасная спектроскопия

2.1.2 ЭПР
2.1.3 Рентгенодифракционный метод
2.1.4 Кристалличность ПТФЭ
2.1.5 Фазовые переходы в ПТФЭ
2.2 Сравнение метода ЯМР и других экспериментальных методов
2.3 Основы метода ЯМР в твердом теле для исследования фторполимеров
2.3.1 Взаимодействие с внешними магнитными полями
2.3.2. Внутренние взаимодействия
2.3.3 Химический сдвиг
2.3.4. Диполыюе взаимодействие
2.3.5 Возбуждение одиночным импульсом
2.3.6 Методы улучшения разрешения
2.3.7 Вращение образца под магическим углом (МАБ)
2.3.8 Развязка
2.4 Применение метода ЯМР для исследования фторполимеров
2.4.1 Температурные зависимости в ПТФЭ по данным ЯМР
2.4.2 Расчет длины цепи в ультрадисперсном ПТФЭ
2.5 Общая кинетическая теория ЯМР спектров
в конденсированной среде
2.6 Квантово-химические расчеты
2.6.1 Метод Хартри - Фока
2.6.2 Метод теории функционала плотности
Глава 3. Исследования методом ЯМР высокого разрешения
3.1 Фторпарафины
3.2 Композит ПТФЭ и гексафторсиликата аммония
3.3 Композит ПТФЭ и графенового материала
Глава 4. Исследования методом ЯМР широких линий
4.1 Исследование ультрадисперсных порошков
политетрафторэтилена
4.2 Теоретическое исследование ПТФЭ
Основные результаты и выводы
Список литературы
Благодарности

Введение
Актуальность работы. Политетрафторэтилен - базовое соединение класса фторполимеров. Исследование политетрафторэтилена (ПТФЭ) ведется уже длительное время, но материал обладает множеством форм и модификаций и еще до конца не изучен.
Несмотря на большой список известных положительных качеств и свойств, ПТФЭ обладает рядом недостатков технического, технологического, экологического и экономического характера, которые сдерживают активное применение этого материала [1]. Можно говорить, что современные технологии фторполимеров исчерпали свой инновационный потенциал, и идет поиск новых форм фторполимеров, технологических приемов, устраняющих отмеченные ограничения.
Один из методов решения этой проблемы - это создание ультрадисперсных порошков из газообразных продуктов пиролиза ПТФЭ. Применение данной технологии решает вопросы переработки отходов производства и создания тонких слоев фторполимерных покрытий [2]. Создание композитных материалов на основе ПТФЭ позволяет получать материалы, обладающие необходимыми свойствами, и устранять такие недостатки чистого ПТФЭ как низкая износостойкость и хладотекучесть [3].
Полученные новые виды материалов на основе ПТФЭ требуют детального исследования для понимания их строения и надмолекулярной структуры, от которых зависит область и эффективность применения этих материалов. Метод ЯМР позволяет понять, как влияют условия синтеза на строение фторполимеров.
На начальном этапе развития метода ЯМР широких линий были изучены времена ЯМР релаксации и температурная зависимость спадов свободной индукции для чистых образцов, не содержащих примеси или наполнители.
Развитие метода ЯМР высокого разрешения в твердых телах сделало доступным исследование композитов на основе ПТФЭ и образцов, подвергнутых радиационному облучению.
2.3.7 Вращение образца под магическим углом (МАБ)
Вращение образца под магическим углом, вероятно, наиболее широко используемый метод для повышения разрешения в спектрах твердотельной ЯМР-спектроскопии [52-56]. Твердотельный образец загружается в контейнер или ротор, наклоненный под фиксированным углом к магнитному полю и быстро вращающийся вокруг своей оси симметрии.
Рисунок 10. Вращение образца вокруг оси под углом р=54,7° по отношению к внешнему магнитному полю В0.
Быстрое вращение усредняет анизотропию химического сдвига и дипольные взаимодействия:
а> = щ30 + а>а„й0{в,<р) ^ (зсо^2 /? -1)
(2.31)
где р определяет ориентацию оси вращения по отношению к полю В0.
ыап1зо (А У-1)
Анизотропная часть частоты обращается в нуль, когда р равно
магическому углу в 54,7 ° или более точно агссоз(1/3)1/2. При этом сохраняются только изотропные частоты.