ОБРАБОТВАНЕ В КОРОНЕН РАЗРЯД НА РАЗЛИЧНИ ПОЛИМЕРНИ ФИЛМИ

1. ОБРАБОТВАНЕ В КОРОНЕН РАЗРЯД НА РАЗЛИЧНИ ПОЛИМЕРНИ ФИЛМИ Т.А. Йовчева Пловдивски Университет „Паисий Хилендарски” Катедра „Експериментална физика”

2. СЪДЪРЖАНИЕ • Образци. Зареждане в коронен разряд. • Два метода за изследване на измененията на повърхността на образците след зареждането им в корона. • Влияние на три различни фактори върху стабилността на електричния заряд. • Влияние на зареждането в корона при холографски запис. • Обработване в коронен разряд на биоразградими полимерни филми.

3. 1. Образци: • Синтетични полимерни филми (PP, PET, PTFE) с дебелина 20µm и 40µm. • Биоразградими полимерни филми от полимлечна киселина с различна степен на кристалност, с дебелина ~ 40µm. Изследваните образци са зареждани в коронен разряд. СХЕМА ЗА ЗАРЕЖДАНЕ ПО МЕТОДА НА КОРОННИЯ РАЗРЯД 1 – източник на високо напрежение; 2 – корониращ електрод; 3 – решетка; 4 – плосък заземен електрод; 5 – образец; 6 – делител на напрежение.

4. 2. Изследване на измененията на повърхността на образците след зареждането им в корона по два метода: Зареждането в корона създава високо-енергетични кислородосъдържащи заредени частици, които се ускоряват от електричното поле на короната и взаимодействат с повърхността на полимерния филм. • РЕНТГЕНОВАФОТОЕЛЕКТРОННАСПЕКТРОСКОПИЯ • ЛАЗЕРНА РЕФРАКТОМЕТРИЯ

5. 2.1. XPS на 20 µm РР филми XPS спектриза O1s линии 5 – Заредени образци в положителна корона при 75оС. 4 – Заредени образци в отрицателна корона при 75оС. 3 – Заредени образци в положителна корона при 20оС. 2 – Заредени образци в отрицателна корона при 20оС. 1 – Незаредени образци.

6. XPS анализ Следователно: • Предполагат се сорбционни процеси на кислород и кислородосъдържащи групи по време на зареждането в корона. • Тези процеси се стимулират по различен начин при зареждането в отрицателна и положителна корона. • Изменението на съдържанието на кислорода води до образуването на различни локални повърхностни нива.

7. 2.2. ЛАЗЕРНА РЕФРАКТОМЕТРИЯ • Измерването на показателя на пречупване на полимерни филм с дебелина под 50 µm се извършва по метода на изчезващата дифракционна картина с двувълнов лазерен рефрактометър (632.8 nm и 532nm).

8. Триелектродна система за зареждане U0= 995 V U0= 910 V Двуелектродна система за зареждане U0= 1.5 kV U0= 1.4 kV ЛАЗЕРНА РЕФРАКТОМЕТРИЯ Разпределението на показателя на пречупване на 20 µm РР електретни филми в повърхностен слой с дебелина 0,9 µm. UC = 5 kV UC = 10 kV

9. ЛАЗЕРНА РЕФРАКТОМЕТРИЯ • Сравнението на оптичните и електретните характеристики показа, че електретният заряд основно се отлага на повърхността на короноелектретите. • Показателят на пречупване (n) за електретните образци е по-висок от този за незаредените. Дължи се на повърхностни структурни промени и промени на диполния момент в РР филмите, настъпили по време на зареждането в корона. • Показателят на пречупване (n) e по-висок в центъра на образците и намалява с отдалечаването от него. Следователно, в центъра настъпват най-силни повърхностни изменения. • Разпределението на показателя на пречупване значително зависи от напрежението, приложено на короната и от конфигурацията на зареждащата система.

10. 3. Влияние на различни фактори върху стабилността на електретния заряд. • ВЛАЖНОСТ • НАЛЯГАНЕ • ЛАЗЕРНО ЛЪЧЕНИЕ

11. 3.1. 20 µm РР ЕЛЕКТРЕТНИ ФИЛМИ, СЪХРАНЯВАНИ ПРИ РАЗЛИЧНА ВЛАЖНОСТ Следователно: • Съществени се явяват процесите, протичащи на повърхността на образеца. • Значително е влиянието на влажността, при която се съхраняват образците и трябва да се отчита при изучаване стабилността на електретните сензори и устройства. Временни зависимости на повърхностния потенциал Ve за 5C-образци.

12. Разработена е програма за компютърен анализ на експерименталните данни, използваща Flexyplex пакета. • Получени са теоретичните криви и 5те параметъра, характеризиращи образуването и нарастването на кластерите до един безкраен кластер, осигуряващ бърза неутрализация на електретните заряди. ПЕРКОЛАЦИОНЕН 2D МОДЕЛ

13. 3.2. ЕЛЕКТРЕТНИ ФИЛМИ, ПРИ РАЗЛИЧНИ НАЛЯГАНИЯ Временна зависимост на повърхностния потенциал за РР електрети, съхранявани при различни налягания Следователно, протича процес на десорбция на заредени частици от повърхността на образците.

14. Обобщена крива Зависи от отношениетоp/V0; Различно е за различните знаци на повърхностния заряд; Различно е за различните материали (PP, РЕТи PTFE);

15. ИЗВОДИ • Познаването на зависимостта на повърхностния потенциал от налягането за тънък полимерен филм от определен материал и на началния потенциа, до който е зареден, позволява да се определи налягането, при което става рязко спадане на повърхностния потенциал. • Съхраняването на електретите при налягане по-ниско от 1 mbar може да се използва като метод за стабилизиране на електретния заряд.

16. 3.3. Oблъчване с ниско-енергетичнолазерно лъчение: -Импулсен лазер на медни пари (Cu-Br),Рср= 300mV; 510,5 nm, 578 nm - Квазинепрекъснат CO2лазер, Рср= 4V, 10,6 mm . Зависимости на (Virr/V0) от енергията на облъчване за РР филм. Vg – напрежение на решетката V0 – начален повърхностен потенциал; Virr - повърхностен потенциал след облъчване Е – енергия на облъчване При облъчване с (Cu-Br) лазер е установена слаба зависимост, докато за CO2 лазера се наблюдава силно експоненциално спадане на Virr/V0.

17. XPS резултати показват: - Нарастване на съдържанието на кислород след облъчване с Cu-Br лазер  ТЕРМО-ИНДУЦИРАНО ОКИСЛЯВАНЕ.

18. 3.3. Oблъчване с лазерно лъчение • Установени са различните стойности на Virr/V0 за РР образци, заредени в корона при различни температури, след облъчване с CO2 лазер. • Приложение – оптичен запис и съхранение на информация. • Стойностите на Virr/V0 за РР образци при облъчване с He-Ne или Cu-Br лазери почти не се изменят. • Приложение – четене на информация, записана и съхранявана от електростатично поле.

19. 4. Влияние на зареждането в корона при холографски запис. • Холографският запис на Брегови решетки се комбинира със зареждане на плаката в коронен разряд. • Допълнително индуцираната поляризуемост при зареждането в корона води до подобряване на холографските характеристики – повишава се дифракционната ефективност (DE). Аморфни азобензенни полимери Отрицателно и положително заредени образци.

20. Фотополимерни материали на базата на акриламиди.

21. Фотополимерни нанокомпозити на базата на акриламиди, легирани с различна концентрация на ALPO наночастици. • Приблизително еднакво нарастване на DE с около 3 пътипри вкарване на 10wt.% ALPO в чист полимер или при зареждане на чистия полимер в корона. • Най-добра DE (нараства с около 7 пъти) при вкарване на 2.5wt.% ALPO в отрицателно заредена полимерна матрица. • С вкарване на зеолитни наночастици и зареждане в корона може да се управлява нарастването на DE от 1.4 до 7 пъти.

22. 5. 1. Филми от полимлечна киселина • Успешно беше разработена технология за получаване на стабилни електретни филми от полимлечна киселина, съдържащи различен процент кристална и аморфна фаза. • Резултатите показват тенденция на стабилизиране на повърхностния потенциал при съхранение с времето.

23. 5.1. Филми от полимлечна киселина • Изследвани бяха структурните и термични свойства, оптичните и електретните характеристики. • Резултатите показаха, че могат да се получават заредени филми от полимлечна киселина с предварително зададени стойности на показателя на пречупване и на повърхностния потенциал, чрез изменение на степента на кристалност, условията на зареждане в корона и съхранение при различни понижени налягания.

24. 5.2. Многослойни наноструктури Получаване на многослойни структури по метода на електростатично самоподреждане: последователна адсорбция на полианиони и поликатиони от полиелектролитни водни разтвори върху твърда заредена в корона подложка.

25. Поли-L–лизин/ карбоксиметилцелулоза мултислоеве върху полипропиленова подложка. • В спектрите на пропускане в близката инфрачервена област се наблюдават допълнителни линии на адсорбция при 3060 nm и 3125 nm, които доказват нарастване на количеството адсорбирано вещество.

26. Пектин/ хитозан мултислоеве върху различни подложки от полимлечна киселина-PLA, PLDA. • Необратимото нарастване на мултислоевете се доказва с намаляването на показателя на пречупване, поради по-голямото количество адсорбиран буферен разтвор. Дисперсионни криви на показателя на пречупване

27. Благодаря за вниманието!