Вместе с тем межфазный слой обычно отличается от основного объема концентрацией отдельных компонентов системы или примесей и, следовательно, типом диполей, их удельной концентрацией и взаимным расположением. Поскольку толщина межфазного слоя может достигать нескольких микрометров, его вклад в полярность пленки может быть существенен. Изменение полярности пленки за счет адгезионных взаимодействий и структурообразования в переходной зоне зависит от природы и функционального состава, как полимера, так и поверхности подложки, способа подготовки поверхности и условий формирования.

На адгезию полимеров влияет не только полярность, но и гибкость макромолекул: от полярности зависит уровень межфазного взаимодействия, а от гибкости – диффузионная способность сегментов цепей и характер их расположения на поверхности подложки. адгезионная прочность повышается за счет увеличения полярности, поскольку гибкость молекул при этом несколько снижается, о чем свидетельствует рост температуры стеклования на 23 °С. Однако для каждой полимерной системы существует оптимум концентрации полярных групп, выше которого диполь-дипольное взаимодействие между этими группами ограничивает сегментальную подвижность и уменьшает вероятность контакта функциональных групп полимера с поверхностью твердых тел (наполнителей или подложек). В связи с этим актуальной задачей является оптимизация функционального состава поверхности наполнителя, обеспечивающая его эффективное взаимодействие с наполнителем и оказывающая ориентирующее действие на полярные группы и структурные единицы в составе материала при воздействии электрического поля

В последние годы кафедрами ТОМ и ХНиМЭТ была выполнена серия исследований по созданию композиционных материалов на основе ЦЭПС с титанатом бария в качестве наполнителя и их модифицированию с целью максимального улучшения диэлектрических характеристик.

В ходе исследований было определено оптимальное содержание BaTiO3 в составе композита, которое составило около 40 об.%, обеспечивающее получение материалов с максимальной величиной , а также показано, что диэлектрическая проницаемость композитов может быть существенно повышена за счет модифицирования поверхности BaTiO3 с использованием методов термической обработки, гидратации и электронно-лучевой обработки при оптимальных параметрах соответствующих процессов [35, 36]. Исследование взаимосвязи между свойствами поверхности модифицированного BaTiO3 и диэлектрической проницаемостью композитов, получаемых при его диспергировании в матрице ЦЭПС, показало, что достигаемый эффект обусловлен изменением функционального состава поверхности наполнителя. Было установлено, что величина  композитов ЦЭПС-BaTiO3 возрастает как с уменьшением размера частиц наполнителя (ростом его удельной поверхности), так и с увеличением содержания на их поверхности определенных функциональных групп (в частности, бренстедовских основных центров с рКа 8…13), обусловливающих эффективное взаимодействие с полимерным связующим [35, 36].

В целом была установлена близкая к линейной корреляция между диэлектрической проницаемости композитов, наполненных модифицированными образцами титаната бария, и произведением квадрата удельной поверхности на суммарное содержание бренстедовских основных центров qpK(БО) (рисунок 6) Наблюдаемая корреляция хорошо описывается следующим соотношением:

e = eo + A· Sóä2×SqpK(БО) (5)

с коэффициентом линейной корреляции 0,92.

Рисунок 6 - Изменение диэлектрической проницаемости композитов в зависимости от удельной поверхности титаната бария и содержания бренстедовских основных центров

Можно дать следующую интерпретацию коэффициентам указанного соотношения eo и А. Поскольку полимерные композиты содержат 40 объемных % наполнителя, то удельная поверхность не может быть равна нулю. Поэтому величину eo @ 82, полученную экстраполяцией к нулевому значению абсциссы, можно считать диэлектрической постоянной композита при отсутствии взаимодействия между полимером и твердой поверхностью, т.е. в отсутствие на поверхности наполнителя бренстедовских основных центров (SqpK(ÁÎ) = 0). Коэффициент A характеризует толщину межфазного слоя и определяется свойствами полимера. Чем больше величина А, тем большая доля полимера в композите переходит в ориентированный межфазный слой и, соответственно, тем сильнее меняются свойства композита в целом.

Получаемые диэлектрические композиционные материалы находят применение в качестве защитных диэлектрических слоев в составе различных электронных устройств, в частности электролюминесцентных источников света (ЭЛИС). Конструкция ЭЛИС, в состав которой входит защитный слой на основе диэлектрического композиты, представлена на рисунке 7.

1 — излучающий слой; 2 — защитный (диэлектрический) слой; 3 — прозрачный электрод; 4 — непрозрачный электрод; 5 — стеклянная или полимерная подложка; 6 — внешние электроды.

Рисунок 7 – Схема конструкции ЭЛИС

2. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Целью работы являлось исследование влияния условий модифицирования субмикронного титаната бария на эффективность его использования в качестве наполнителя в полимерно-неорганическом композиционном материале для защитного диэлектрического слоя в составе электролюминесцентных источников света.

Задачи работы:

1. Подготовка аналитического обзора по композиционным материалам, основным характеристикам их компонентов и возможностям улучшения их диэлектрических свойств.

2. Модифицирование титаната бария (BaTiO3) введением различных оксидных добавок с использованием золь-гель метода.

3. Исследование образцов исходного и модифицированного титаната бария методами адсорбции кислотно-основных индикаторов, электронной спектроскопии диффузного отражения (ЭСДО), атомно-силовой микроскопии (АСМ) и измерения удельной поверхности.

4. Изготовление композитов на основе ЦЭПС в качестве полимерной матрицы и исследуемых образцов исходного и модифицированного BaTiO3 в качестве дисперсного наполнителя.

5. Измерение диэлектрической проницаемости полученных композитов. Проанализированы корреляции между диэлектрической проницаемостью композитов и содержанием ряда активных центров на поверхности наполнителя.

6. Установление корреляций между параметрами модифицирования BaTiO3, его структурно-химическими характеристиками и диэлектрической проницаемостью композитов, получаемых при его диспергировании в матрице ЦЭПС.

модифицированный титанат барий наполнитель диэлектрический

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Объекты и методы исследования

3.1.1 Химические реактивы

В данной работе использовали титанат бария марки HPBT-1B производства Fuji Titanium (Япония) с удельной поверхностью 2.47±0.04 м2/г, диэлектрической проницаемостью e » 4400 и размером частиц 300-400 нм.