Полученные данные, приведенные на рисунке 14, показывают, что для поверхности композита на основе ЦЭПС и исходного BaTiO3 (рисунок 14а) характерен выраженный неоднородный рельеф поверхности с многочисленными выступающими неровностями высотой до 2,5 мкм, по-видимому образованными агломератами частиц BaTiO3. Введение оксида кобальта не привело к заметному изменению профиля поверхности (рисунок 14б), в то время как введение Nb2O5 (рисунок 14 в,г) привело к ее значительному сглаживанию. Это может быть обусловлено активацией поверхности BaTiO3 при введении оксида ниобия (что соответствует формированию анатазоподобной структуры с напряженными связями и ростом содержания гидроксильных групп на поверхности), что приводит к усилению взаимодействия в системе полимер-наполнитель и улучшению смачивания наполнителя полимером, препятствует агломерации частиц титаната бария и обеспечивает формирование однородного рельефа поверхности. Наблюдаемый эффект повышения однородности структуры композита при модифицировании титаната бария оксидом ниобия, по-видимому, вносит существенный вклад в значительный рост их диэлектрической проницаемости.

Рисунок 14 – Микрофотографии АСМ композитов на основе ЦЭПС с BaTiO3 в исходном состоянии (а) и после модифицирования введением оксидов кобальта (б) и ниобия (в, г)

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

В целом на основании полученных данных можно сделать вывод о том, что диэлектрическая проницаемость гибридных композитов на основе полимерной матрицы ЦЭПС и титаната бария в качестве наполнителя может быть значительно повышена посредством модифицирования поверхности BaTiO3 оксидом ниобия. Достигнутый эффект обусловлен следующими взаимосвязанными факторами:

- разупорядочением структуры поверхностного слоя титаната бария, приводящим к изменению координационного окружения атомов титана с формированием анатазоподобной структуры;

- образованием на поверхности наполнителя гидроксильных групп слабокислого, нейтрального и основного характера, эффективно взаимодействующих с полимерной матрицей, что препятствует агломерации частиц наполнителя и оказывает ориентирующее действие на полярные группы полимера.

Установлена положительная корреляция между содержанием указанных функциональных групп на поверхности наполнителя и диэлектрической проницаемостью композита.

Полученные данные перспективны для прогнозирования диэлектрических свойств органо-неорганических композиционных материалов на основе анализа функционального состава поверхности неорганического наполнителя и получения композиционных материалов с улучшенными диэлектрическими характеристиками для применения в составе конденсаторов, электролюминесцентных источников света и других электронных устройств.

ЛИТЕРАТУРА

1. Композиционные материалы / М. Л. Кербер // Соровский образовательный журнал. - 1995. - №5. - С. 34.

2. Достижения в области композиционных материалов / Под ред. Дж. Пиатти М.: Металлургия, 1982. – 304 с.

3. Полимерные матрицы для высокопрочных армированных композитов / А.А. Берлин, Л. К. Пахомова // Высокомолекулярные соединения. – 1990. – Т. (А) 32, №7. - С. 1347-1385.

4. Современные полимерные композиционные материалы / Берлин А.А. // Соровский образовательный журнал. - 1995. - №1. – С. 57-65.

5. Кербер М. Л. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: учебное пособие / М.Л. Кербер, В.М. Виноградов, Г.С. Головкин и др.; под общ. ред. А.А. Берлина. – СПб.: Профессия, 2008. – 560 с.

6. http://www.e-plastic.ru/main/articles/r2/pk01/Композиционные материалы.

7. http://thesaurus.rusnano.com/index.php / Словарь нанотехнологических и связанных с нанотехнологиями терминов.

8. Перепелкин К.Е. Армирующие волокна и волокнистые полимерные композиты. – СПб.: Научные основы и технологии, 2009. – 380 с.

9. Полимерные нанокомпозиты /Чвалун С.Н // Природа. - 2000.-№ 7.– С. 22-30

10. Пасынков В.В. Материалы электронной техники / Пасынков В.В., Сорокин В.С. - 2-е изд. - М.: ВШ., 1986. – с. 367.

11. Бурковский В.Л. Физические явления и эффекты в технических системах: учебное пособие / В.Л. Бурковский [и др.]. - Воронеж, 2007. - 242 с.

12. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики / Смоленский Т. А. [и др.] – М.: Наука, 1979. – 476 с.

13. Барфут Дж. Введение в физику сегнетоэлектрических явлений / Под ред. Л.А. Шувалова. – М.: Мир, 1970. – 352 с.

14. Корсаков В.Г., Физическая химия твердого тела / Корсаков В.Г, Сычев М.М., Мякин С.В., – СПб.: Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2008. - 177 с.

15. Литовченко В. Г., Основы физики микроэлектроники систем металл-диэлектрик-полупроводник / В.Г Литовченко, А.П. Горбань. – Киев: Наукова думка, 1978. – 37 с.

16. Ренне В. Т. Пленочные конденсаторы с органическим синтетическим диэлектриком.- М.: Госэнергоиздат, 1963. - 203 с.

17. The Effect of the Dielectric Constant of the Embedding Media on Electroluminescent Light Intensity / J. Tanaka, D. Berg // J. Electrochem. Soc., 1963, V. 110. - № 6. – Р. 580-582.

18. Wlasnosci dielektrykow / J. Antoniewicz // WNT. – 1971. - С. 34.

19. Козлов М. П., Прокофьева М. В. // Пластмассы . – 1966. – Т.10. – С.17.

20. Михайлов Г. П. // Журнал Всесоюзного химического общества им. Д. И. Менделеева. – 1961. – Т. 6, № 4. – С. 404.

21. А.с. 385408 СССР / Способ изготовления электролюминесцентных панелей / В. И. Долгополов, Л. Н. Долгополова, Т. И. Белогловская. — 1973. - Бюл. № 25. – 8 с.

22. Особенности структурных превращений в акриловых дисперсиях / Б. Л. Хавкина // Пластические массы. – 1991. – № 3. – С. 12–16.

23. High dielectric constant composites for the electroluminescent displays / S. A. Alexeev, M. M. Sychov, O. V. Likhacheva, V. G. Korsakov, A. G. Rodionov, L. L Ejenkova // Displays optics, 23-24 October, St. Peterburg. - 2004. – p. 35.

24. Структура, свойства наполненных полимерных систем и методы их оценки / Ю. С. Липатов // Пластмассы. – 1976. – № 11. – С. 6–10.

25. The mechanism of the barrier effect in solid dielectrics / O. S. Gefle, S. M. Lebedev, V. Ya. Uschakov // J. Phys. D: Appl. Phys. – 1997. – V. 30. – P. 3267–3273.

26. Interfaces and nanodielectrics are synonymous / T. J. Lewis // Proc. Intern. Conf. Solid Diel., 5–9 July. – 2004. – V. 2. – P. 792–795.

27. The barrier effect in dielectrics. The role of interfaces in the breakdown of inhomogeneous dielectrics / S. M. Lebedev, O. S. Gefle, Y. P. Pokholkov // IEEE Trans. Diel. Electr. Insul. – 2005. – V. 12, №3. – P. 537–555.

28. Dielectric nanocomposites with insulating properties/ Т. Tanaka // IEEE Trans. Diel. Electr. Insul. – 2005. – V. 12, № 5. – P. 914–928.

29. Influence of polarisation on breakdown strength of polymeric composite dielectrics / O. S. Gefle, S. M. Lebedev, Yu. P. Pokholkov, D. P. Agoris, I. Vitellas // IEE Proc. Sci. Meas. Technol. – 2001. – V. 148, № 3. – P. 125–128.

30. Поведение композиционных материалов с наполнителем из сегнетоэлектрической керамики в электрическом поле / О. С. Гефле, С. М. Лебедев, С. Н. Ткаченко // Известия Томского политехнического университета. – 2005. – Т. 308, № 4. – С. 64–68.