Управление магнитным полем для тока, полученного при приложении напряжения к пленке сополимера полиариленэфиркетона (стр. 1 )

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМ. М. АКМУЛЛЫ»

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра прикладной физики и

нанотехнологий

Направление 03.03.01 – Прикладные физика и математика

Курс IV

Управление магнитным полем для тока, полученного при приложении напряжения к пленке сополимера полиариленэфиркетона

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Научный руководитель:к. ф.-м. н., ассистент

Дата защиты____________________________________

Оценка_________________________________________

Уфа - 2016

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ        3

Глава 1.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ        6

1.1. Строение, химические и физические свойства полимеров        6

1.2. Размерные эффекты в тонких полимерных пленках        8

2.3. Полиариленфталиды и их свойства        11

2.4.  Сополимер полиариленэфиркетон с флуореновой боковой группой        14

2.5.Механизм переноса зарядов в полимерах        15

2.6. Явление огромного магнитосопротивления в системе ферромагнетик – полимер        17

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ        23

2.1. Объект исследования и получение образца        23

2.3. Схема экспериментальной установки        24

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ        27

3.1.Вольт-амперные характеристики структуры металл-полимер-металл        27

3.2.Анализ вольт - амперных характеристик в рамках модели инжекционных токов        29

3.3.Измерение высоты потенциального барьера структуры металл - полимер - металл        34

ЗАКЛЮЧЕНИ        39

ЛИТЕРАТУРА        41

ВВЕДЕНИЕ

В современной науке для решения ряда фундаментальных и прикладных задач физики, а также конструирования новых приборов все чаще используют полимеры, в силу их многообразия, технологичности и относительной дешевизны[13].

На сегодняшний день являются популярными две группы органических полимеров, которые обладают высокой проводимостью. Во-первых, это полимеры, которые обладают системой р-сопряженных валентных электронов. Недостаточно  исследована вторая группа полимеров, в которой нет системы р-сопряженных валентных электронов, однако их величины проводимостимогут достигать близких к значению проводимости металлов. В этой работе изучались электрофизические свойства второй группы полимеров.

В настоящее время известно достаточно большое количество несопряженных полимерных материалов в которых наблюдается эффект электронного переключения проводимости. Одним из ярких представителей таких полимеров являются полимеры класса полиариленфталидов и, в частности, полидифениленфталид (ПДФ). Несмотря на то, что проявления эффекта переключения при воздействии различными внешними полями в этом полимере убедительно доказано, до сих пор остается невыясненной природа данного явления. Одной из возможных причин возникновения проводящего состояния в ПДФ является взаимодействие избыточного электронного заряда с макромолекулой полимера. Так, в работе [14] на основе квантово-химических расчетов было показано, что присоединение электрона к макромолекуле ПДФ приводит к увеличению C-O связи во фталидной группировке макромолекулы вплоть до полного раскрытия фталидного цикла. Таким образом, если в возникновении проводящего состояния в ПДФ основополагающую роль несет фталидный фрагмент макромолекулы, то аналогичные эффекты мы должны наблюдать и на других молекулах содержащих в определенной концентрации данный фрагмент. 

В связи с этим, актуальной является задача исследования влияния внешнего воздействия различного рода на фталид – содержащие полимеры. Актуальность данной задачи с научной точки зрения обусловлена тем, что полученные данные могут быть использованы в детализации модели возникновения ВПС в несопряженных полимерах. Так же результаты изучения закономерностей электрофизических свойств новых полимеров, будут способствовать их внедрению как элементов современной микро - и наноэлектроники – это определяет актуальность данного исследования с точки зрения практического применения.

Цель работы. Исследование влияние приложенного внешнего магнитного поля на электрофизические свойства тонких пленок сополимеров полиариленэфиркетонов с флуореновой группой на ферромагнитной подложке.

Для осуществления данной цели ставились следующие задачи:

1.Обзор литературы по сополимерам полидифинеледфталидов.

2.Изготовление экспериментальных образцов структурыNi - со-ПАЭК - Cu.

3.Проведение измеренийвольт-амперных характеристик в зависимости от величины внешнего магнитного поля.

4. Анализ полученных экспериментальных данных в рамках инжекционных токов, вычисление высот потенциальных барьеров структуры Ni - со-ПАЭК - Cu.

Апробация исследования:

1) ,, Вольтамперные характеристики сополимера полиариленэфиркетона с флуореновой группой в магнитном поле. III Всероссийская научная конференция «Теоретические и экспериментальные исследования процессов синтеза, модификации и переработки полимеров». 28 - 31 октября 2015 г.,г. Уфа, стр.94

2), , Вольтамперные характеристики сополимера полиариленэфиркетона с флуореновой группой при высоких значениях внешнего  магнитного поля. Ученые записки БГПУ. 2016 г., г. Уфа.

Глава 1.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Строение, химические и физические свойства полимеров

Полимерные материалы, по своей природе, обладают важными и особенными свойствами и характеристиками. Они имеют малый удельный вес и их достаточной легкостью можно обрабатывать. Многие полимеры выступить в роли изоляторов, из-за этого широко применяются в качестве диэлектриков и изоляционных материалов. В последние время разных направлений науки и техники интересует электропроводящие полимеры. Для того чтобы получить материалы с интересующимися нас электрофизическими свойствами нужно знать строение полимера, его физические и химические свойства. Самой главной особенностью полимеров, от чего зависит их физические и химические свойства, является  связь между атомами в молекуле. В связи с тем, что одним из основных элементов полимерных материалов является углерод, то сначала нужно рассмотреть особенности химических связей между различными формами углерода. Атом углерода имеет атомный номер 6 и описывается электронной конфигурацией в основном состоянии. При объединении в молекулы атомные орбитали за счет перераспределения электронной плотности по отношению к ядру формируют гибридные орбитали, имеющие строго направленный характер. При образовании химической связи атомы перекрываются орбиталями в том направлении, где максимально сконцентрирована электронная плотность. Уникальность углерода заключается в его способности образовывать структурные соединения, состоящие из атомов, находящихся в одном из трех состояний с гибридизацией атомных орбиталей - sр3 , sр2 или sр (рис.1) [27].

Рис. 1: Гибридизация атомных орбиталей углерода [27]

Полимерами являются соединения, состоящие из большого числа атомов или атомных групп, соединенных между собой валентными связями. Или же полимеры - как высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых состоят из большого числа повторяющихся звеньев. Молекулярная масса полимеров может варьироваться от нескольких тысяч до нескольких миллионов. В полимерах, в основном, реализуется два типа связей: у-связи и р-связи. у-Связь и р-связь могут образовывать двойную связь между соседними атомами в молекуле. Такое чередование простых и двойных связей ведет к образованию сопряженных систем в полимерах [13].

Полимеры могут существовать в разных состояниях: в твердом состоянии, т. е. в аморфном или кристаллическом, в вязкоэластичном (резина) и вязкотекучем состоянии. Характерной особенностью полимерных материалов является то, что, если с одной стороны они обладают прочностью твердых тел, с другой, являются пластичными, т. е. имеют свойство обратного деформирования. Полимеры обладают высокой анизотропией механических свойств, выражающейся в возможности образования пленок и волокон.

Полимерные материалы делятся на 2 вида: сопряженные и несопряженные. Примером сопряженных полимеров является полиацетилен. Сопряженные полимеры имеют двойные сопряженные связи, узкую запрещенную зону. Это органические металлы или полупроводники, непрозрачные материалы. Примером несопряженных полимеров является полиэтилен. (Можно утверждать, что полиацетилен является первым проводящим полимером, с чего началось развитие в данной области) [6]. У этих полимеров работают у-связи, широкая запрещенная зона, к этому классу можно отнести прозрачные изоляторы [8].

1.2. Размерные эффекты в тонких полимерных пленках

Как известно, уменьшая толщин диэлектрических пленок до установленной величины, получаем рост различных факторов, которые оказывать влияние на появление у материалов новых, интересных, полезных свойств. Это касается иэлектронных свойств. Дело в том, что эти новые свойства у материалов могут быть очень перспективны и интересны с точки зрения  применения на практике[7]. Уменьшение толщины материала приводит к тому, что влияние поверхности становится выше. Уменьшая толщины пленок, можно прийти к ситуации, где при сосредоточении  зарядов вблизи противоположных границ нашего контакта ониначнут взаимодействие между собой. А от этого искажается форма потенциального барьера. За наибольшую границу такой толщины можно принять удвоенную величину такого параметра контакта металла с диэлектриком, как глубину проникновения поверхностного заряда. Приповерхностные заряды, взаимодействуя, приводят к началу формирования локального минимума в середине потенциального барьера.  Этот минимум, возможно, приведет к пересечению кривой,  которая описывает огибающую потенциального барьера, с уровнем Ферми [6].