1, , 2

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

1 Институт биохимической физики РАН

2Московская академия тонкой химической технологии

Исследование проводимости

наполненных полимеров

Получены наполненные каучуки и исследованы их вольтамперные характеристики (ВАХ). Предложен механизм, описывающий наблюдаемые явления в рамках модели инжекционных токов, ограниченных пространственным зарядом (ТОПЗ).

В настоящее время множество работ посвящено исследованию электропроводности полимеров [1]. Целью настоящей работы являлось исследование проводящего состояния композиций на основе этиленпропиленового каучука (СКЭПТ). Исследованию подвергались композиции СКЭПТ – SnCl2. Были получены и проанализированы ВАХ пленок СКЭПТ для различных концентраций наполнителя. Зависимости логарифма тока от приложенного напряжения для различных концентраций наполнителя представлены на рисунке.

При концентрации наполнителя С < 42% в исследуемом диапазоне напряжений заметная проводимость не наблюдалась. Граничные значения в проводящем состоянии составили и . Из графика видно, что при С=127% кривая ВАХ изменяет свое поведение, что объясняется изменением механизма транспорта носителей заряда при, изменении преобладающей поверхности раздела фаз на наполнитель – полимер – наполнитель, и, как следствие, уменьшением проводимости.

В диапазоне концентраций, когда преобладающей поверхностью раздела фаз является полимер – наполнитель – полимер и растет с увеличением С, возможен следующий механизм возникновения проводящего состояния. При определенной концентрации наполнителя Скр создаются условия для заметной инжекции заряда из металла в объем диэлектрика. Перешедшие в полимер электроны захватываются локальными состояниями, лежащими вблизи уровня Ферми металла и отстоящими от уровня вакуума на величину близкую к работе выхода металла, поверхность которого покрыта слоем адсорбата, что и создает условия для инжекции. Этот процесс приводит к образованию подзоны, перенос по которой приводит к увеличению подвижности носителей заряда и проводимости. Можно принять, что монодисперсные частицы наполнителя равномерно распределены по объему полимера. При расстояние между частицами наполнителя в полимере [2]: , где – объемная доля наполнителя при максимально плотной упаковке частиц, b – толщина граничного слоя полимера, r – радиус частицы наполнителя. Концентрация зарядов на границе полимер – наполнитель : , где – диэлектрическая проницаемость системы, рассчитываемая по формуле , – диэлектрическая проницаемость i среды соответственно. Инжекционный ток определим как , где квазиуровень Ферми, U приложенное напряжение, подвижность носителей. Смещение квазиуровня Ферми при изменении напряжения от до – . Экспериментальное значение для системы СКЭПТ – хлористое олово составляет величину .

Список литературы

1. // УФН 1989. Т.157. в.3. С.513.

2. // Физическая химия наполненных полимеров. М.: Химия. 1977.

3. , и др. //Химия и компьютерное моделирование. 2001. №4.