Souhrn výsledků
Projekt byl zaměřen na studium
elektrických vlastností kompozitních systémů, obsahujích nejméně jednu polymerní
složku. Zejména jsme se soustředili na perspektivní a z hlediska přípravy
jednoduché a levné systémy, v nichž je vodivá složka tvořena vodivým polymerem –
polyanilinem. Byly zkoumány různé přístupy použitelné k řízení elektrických
parametrů těchto materiálů. Vzorky byly připravovány na pracovišti ÚMCH AV ČR.
V rámci širší studie byly studovány směsi, v nichž se vodivé formy
polyanilinu vytvářejí interakcí polyanilinové báze s plnivem – kyselinou
(kafrsulfonovou nebo pikrovou) v pevném skupenství. Bylo zjištěno, že při nadbytku
kyseliny vzniká segregovaná perkolující struktura s prahem okolo 1% (díky
vzájemnému poměru velikostí částic složek); pokud je v nadbytku polyanilin, roste
vodivost úměrně koncentraci kyseliny – tato závislost však nemá perkolační
charakter. Byly zkoumány kopolymery anilinu s fenylendiaminy, jejichž elektrické
parametry lze řídit nejen mísením s vhodnými plnivy, nýbrž především změnou
složení výchozí reakční směsi. Byly rovněž studovány elektrické parametry
koloidních heterogenních systémů obsahujících vodivý polyanilin a změny těchto
parametrů v průběhu polymerace. Experimenty potvrdily, že v roztocích je vodivost
spojena především s přítomností iontů; vodivost polyanilinových částic není
podstatně vyšší než vodivost kapalného média.
Na základě teorie perkolací jsme vyhodnocovali závislost rezistivity
kompozitů s obsahem částic anorganických solí (sulfát amonný a bromid draselný) na
objemové koncentraci elektricky vodivé složky (polyanilin sulfát). Na obou kompozitech
byl pozorován velmi nízký perkolační práh (< 3 obj. % vodivé složky). Rozbor
mikroskopických snímků měřených struktur potvrdil, že vlivem velkého rozdílu ve
velikosti částic komponent vzniká segregovaná struktura. Ukázali jsme, že chování
těchto kompozitů lze dobře popsat pomocí modifikovaného modelu založeného na
segregaci složek, který byl původně navržen Ewenem a Robertsonem pro popis chování
tlustovrstvých rezistorů. Fitováním modelové rovnice na experimentální data byly
získány základní charakteristiky morfologické struktury kompozitů, které dobře
odpovídaly mikroskopickým pozorováním.
S částečnou podporou grantu byla sestavena aparatura pro dlohodobé
měření změn elektrické vodivosti odporových vzorků při programově řízené
teplotě. Základem je teplotní komora Heraeus-Vöstch VMT 07/35, která umožňuje
měření v rozsahu teplot –70 až +180°C. Měření elektrického odporu se provádí
van der Pauwa. Pomocí této aparatury je a bude nadále testována stabilita polymerních
kompozitů.
Byla měřena vodivost kompozitů (polyanilin sulfát) s různým obsahem
anorganických solí (sulfát amonný a bromid draselný) v průběhu cyklů mezi
pokojovou teplotou a teplotami 85, 105, 125 a 145°C. S každým cyklem se vodivost
kompozitů snižovala. Důležitý je poznatek, že kompozity obsahující více než 20
váh. % anorganické soli vykazují znatelně vyšší teplotní stabilitu elektrické
vodivosti než samotný polyanilin sulfát při přibližně stejné absolutní hodnotě
vodivosti. Stabilizační efekt je vysvětlen potlačením úbytku protonace při
zvýšených teplotách. Na základě představy teplotních změn úrovně protonace byl
navržen matematický model, který i přes značnou jednoduchost umožňuje dobré
nafitování na experimentální data. Hlavní parametr modelu – teplotní koeficient
protonace – vykazuje v souladu s pozorováním až trojnásobné snížení u kompozitů
obsahujících více než 20 váh. % anorganické soli.
|