Vol. 56 (2020), Issue 1, p. 38-43

Особенности зарядового состояния нанокомпозитов СВМПЭ+α-SiO₂

Abstract

УДК 541.64:539.26:537.529

Представлены результаты изучения электретных свойств композиционных материалов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) и нанодисперсного аморфного наполнителя диоксида кремния α-SiO₂ (аэросила) в зависимости от объемного содержания последнего и поглощенной дозы D γ-облучения при комнатной температуре методом термостимулированной деполяризации (ТСД). Установлено, что введение до 5% сферических наночастиц аморфного диоксида кремния α-SiO₂ диаметром 20 нм в СВМПЭ сначала увеличивает, а затем снижает электретные характеристики композитов. Максимальным значением электретной разности потенциалов и стабильности электретного состояния обладают композиты СВМПЭ+1%α-SiO₂. Показано, что предварительное гамма-облучение ухудшает электретные свойства данной композитной среды, что связано с их повышенной электропроводностью и высокой скоростью релаксации заряда. Наблюдаемое повышение начальной поверхностной плотности заряда s_н. сверхвысокомолекулярных полиэтиленовых композиций связано с наличием энергетических ловушек инжектированных носителей зарядов. На основе анализа спектров ТСД показано, что термостабильность электретов из композита СВМПЭ+1% α-SiO₂ улучшается. Характер тока ТСД предварительно γ-облученных пленок еще раз доказывает, что после γ-облучения инжектированные из зоны короны заряды в основном накапливаются в приповерхностных слоях облученных образцов. Результаты термостимулированной деполяризации свидетельствуют о том, что релаксация электретного состояния в исследуемых материалах происходит за счет объемной проводимости.

Ключевые слова: электрет, термостимулированная деполяризация, композит, проводимость, сверхвысокомолекулярный полиэтилен, аэросил, наполнитель, термостабильность.

This paper presents the results of the study of electret properties of composite materials based on ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) and nano-dispersed amorphous silica filler α-SiO₂ (aerosil) depending on the volume content of silicon dioxide and the absorbed dose D γ-irradiation at room temperature, using the method of thermally stimulated depolarization (TSD). It was found that an introduction of up to 5% of spherical nanoparticles of amorphous α-SiO₂ silicon dioxide with a diameter of 20 nm in UHMWPE first increases and then reduces the electret characteristics of the composites. UHMWPE + 1% α-SiO₂has the maximum value of the electret potential difference and the stability of the electret state. It was shown that preliminary g-irradiation affects the electret properties of the studied composite material, which is associated with its increased electrical conductivity and a high charge relaxation rate. The observed increase in the initial surface charge density s_el. of UHMWPE compositions is associated with the presence of energy traps of injected charge carriers. Based on the analysis of the spectra of TSD, it was shown that the thermal stability of electrets from the UHMWPE composite + 1% α-SiO₂ is improved. The nature of the TSD current of pre-γ-irradiated films once again proves that after γ-irradiation, the injected charges from the corona zone mainly accumulate in the near-surface layers of the irradiated samples. The results of TSD suggest that the relaxation of the electret state in the materials under study occurs due to the bulk conductivity.

Keywords: electret, thermally stimulated depolarization, composite, ultrahigh molecular weight polyethylene, aerosil, filler, conductivity, thermal stability.

Download full-text PDF. 2337 downloads

Menu

Vol. 56 (2020), Issue 1, p. 38-43

Особенности зарядового состояния нанокомпозитов СВМПЭ+α-SiO2

Abstract

Особенности зарядового состояния нанокомпозитов СВМПЭ+α-SiO₂