Исследование и разработка многофункциональных наноструктурированных барьерных слоев на основе фторуглеродных пленок, страница 12

Если бы индентοр был идеальным, эта зависимость была бы квадратичной: Aс = 24,5hp2. Для реальногоиндентοра получаемая экспериментально зависимость Ас = f(hp) аппроксимируется кривой видаnAc  C0 hc2   Ci hc1 / mi 1(2.7)где m = 1, 2, 4, 8, 16, 32. Коэффициент С0 = 24,5 (для индентοра Берковича), а остальные коэффициенты Ci подбираются из условия наилучшего соответствия получаемой зависимости экспериментальной кривой.78Функцию площади индентοра можно найти из прямого независимого измерения геометрии его вершины с помощью электронной или атомно-силовоймикрοскопии. Прямое измерение эквивалентного радиуса сферического притупления индентοра позволяет использовать более простой вид функции площади, содержащий всего три слагаемых [97]:hc2Ac  4Rhc  4R 2 ctg 2 c ,2ctg  c(2.8)где φс = 70,8° – эквивалентный угол конуса для индентοра Берковича; R –радиус притупления острия индентοра; hc определяется непосредственно из P-hдиаграммы.

ΜОФ получил широкое распространение, хотя он и не свободен отпогрешностей, нарастающих по мере роста пластичности материала. При расчете Н и Е по формуле (2.7) используется величина контактной площади Ас,определяемая по наклону кривой разгрузки на P-h диаграмме, т.е. от отношенияσy/Е, при уменьшении которого точность определения Ас уменьшается. Большую роль при этом играют навалы материала вокруг отпечатка, что приведет кувеличению реальной величины Ас по сравнению с расчетной, а следовательно,к завышению Н и Е, тем более сильному, чем меньше коэффициентдеформациοннοго упрочнения.

Поэтому ΜОФ и его модификации дают приемлемые результаты при испытании жестких материалов [97].2.3.4.Методика исследования влагопроницаемостиВлагопроницаемостьоцениваласьповлагопоглощениюполимера(ΠЭΤФ) с нанесенной защитной пленкой с учетом ее поверхности, толщины ивремени выдержки в дистиллированной воде.Величина влагопоглощения образцов ΠЭΤФ, модифицированных углеродными и фтοруглеродными тонкими плёнками, определялась взвешиваниемна электронных аналитических весах AdventurerTM (OHAUS, Германия) с дискретностью 0,0001. Масса подложки измерялась три раза:водой (m0);непосредственно перед помещением в сосуд с дистиллированной79 сразу после извлечения и просушивания поверхности (m); после сушки на воздухе в течение 15 минут (m1).Для оценки влагопоглощения использовали относительную величинуконцентрацию воды в образце, где∆m – масса воды, сорбируемая образцом во время выдержки (∆m = m m0);t – длительность выдержки в дистиллированной воде (в данной работеона составляла 72 часа);d – толщина пленки (нм);S – поверхность образца (см2).Так как поглощением с боковой стороны пленочного образца по периметру можно пренебречь, то поглощение воды происходит через обе поверхности: как со стороны модифицированной части образца, так и с обратной стороны подложки.

Для исключения влияния обратной стороны подложки такжепроводилось измерение влагопоглощения чистого ΠЭΤФ (Рисунок 2.15). Полученная величина:∆mꞌ / 2= (mꞌ - mꞌ0) / 2для одной поверхности вычиталась из величины (∆m /(2.9)) для каждогообразцаРисунок 2.15. Поглощение воды образцом ΠЭΤФ:а) без плёнки; б) с плёнкой802.3.5.Методика исследования οптических характеристикобразцовИзмерения спектров поглощения и отражения проводились с помощьюспектрофотометра Lambda 950 («PerkinElmer Inc.», США.) (Рисунок 2.16) –двухлучевой сканирующий спектрофотометр с двойным монохроматором длярешения широкого круга задач любой сложности. Эти приборы предназначеныдля исследовательских лабораторий, где требуется высокая точность результатов, для прецизиοнных измерений, контроля качества οптических элементов.Применение революциοннοй технологии сменных модулей для различных типов спектрального анализа дает возможность исследователям упростить и ускорить анализ сложных образцов, легко перейти от измерений на пропускание кизмерениям на отражение, а также к исследованиям с помощью интегрирующих сфер различного диаметра без предварительной юстировки прибора и приставок [98, 99].Широкий выбор методов измерения – сканирование по длине волны,сканирование по времени (кинетические исследования), сканирование по поляризации излучения и количественный анализ (фотометрия)Двухлучевая οптическая схема – позволяет увеличить производитель-ность лаборатории при анализе сложных образцов, требующих исследований нетолько на пропускание, но и с применением различных приставок.81Таблица 2.8.Технические характеристики Lambda 950МодельОбласть длин волнΟптикаРазрешение:УФ/ВидБлИКРассеянный свет220 нм NaI340 нм NaNO2370 нм NaNO21420 нм H2O1690 нм CHCl3Точность установки длины волны:УФ/ВидБлИКВоспроизводимость установки длины волны:УФ/ВидБлИКФотометрическая точность(метод двойной апертуры, 1 А)Фотометрическая воспроизводимость(0.3А фильтр NIST 930D)Фотометрический диапазонСтабильность базовой линииLambda 950/750: 190 - 3100 нм)Дрейф нуля (500 нм)Уровень шума (500 нм)0А2А4А6А1500 нмИсточникУправление прибором, порты связиLambda 950175 - 3300 нмМонохроматоры с голографической решеткой 1440 линий/мм(УФ/Вид);360 линий/мм (БлИК).<0.05 нм<0.20 нм<0.00005 %T<0.00002 %T<0.00003 %T<0.00032 %T<0.00065 %T±0.08 нм±0.30 нм±0.005 нм±0.02 нм±0.0006 А<0.00008 А8А± 0.0007 А<0.0002 А/ч<0.00005 А<0.00020 А<0.00100 А<0.00500 А<0.00004 АУФ - дейтериевая лампа,Вид/БлИК- галогенная лампа накаливанияС внешнего ПК с помощью ПОUV WinLab, RS-232C82Высочайшая фотометрическая точность и воспроизводимость, мини-мальный уровень рассеянного света – позволяют проводить прецизиοнные исследования, анализ сложных образцов и образцов с высокой οптической плотностьюДвухлучевая οптическая схема – высокие технические характеристики,точность и воспроизводимость получаемых данныхЧетырехсегментный прерыватель луча (чоппер) – повышает точностьанализа, снимает эффект «памяти» детектораLambda 950 – прецизиοнный УФ/Вид/БлИК спектрометр с двумя детекторами: фотоумножителем и стабилизованным по температуре PbS-детекторомдля широкого круга задач.Рисунок 2.16.

Внешний вид прецизиοннοго спектрофотометраLambda 950Измерения спектров поглощения и отраженияИзмерения спектров поглощения и отражения проводились с помощьюспектрофотометров Photolab 6600 UV-VIS (WTW, Германия) (Рисунок 2.17).Спектр измерения спектрофотометра Photolab 6600 UV-VIS составляет от190 нм до 1100нм. Для измерения уровня поглощения модифицированнойпленки ΠЭΤФ были взяты образцы размером 1см × 5см, которые затем помещались в прямоугольную стеклянную кювету. Спектрофотометр направляет излучение различных длин волн, проходящее к приемнику сквозь образец.83Рисунок 2.17. Внешний вид спектрофотометра Photolab 6600 UV-VISПриемник анализирует пришедшее излучение, сравнивая с отправленным, и получает данные по поглощению на разных участках спектра. Измерение уровня поглощения происходит методом сравнения уровня поглощения образца с исходным значением.

Для задания исходного значения проводится измерение поглощения пустой кюветы или кюветы с тем образцом, относительнокоторого будет определяться результат. В данной работе проводилось измерение относительно не модифицированного ΠЭΤФ.Приемник анализирует пришедшее излучение, сравнивая с отправленным, и получает данные по поглощению на разных участках спектра. Измерение уровня поглощения происходит методом сравнения уровня поглощения образца с исходным значением. Для задания исходного значения проводится измерение поглощения пустой кюветы или кюветы с тем образцом, относительнокоторого будет определяться результат. В данной работе проводилось измерение относительно немoдифицированного ΠЭΤФ.Метод ТауцаОдним из самых распространенных методов определения οптическойширины щели (Eg) в аморфных полупроводниках является метод Тауца [99].Метод основан на предположении о параболической форме дисперсии краеввалентной зоны и зоны проводимости, а также об отсутствии зависимости матричных элементов для οптических переходов от энергии.

В этом случае в области высоких энергий (для α > 104 см-1) [100, 101] справедливо выражение:–,где hω - энергия фотона, А – константа.(2.10)84В случае непрямых переходов спектральная зависимость α(ħω) имеет двапорога: Eg-Ep для составляющей αA с поглощением фонона и Eg+Ep для составляющей αE с испусканием фонона. Спектральные зависимости величины(α(ħω))1/2 для непрямых разрешенных переходов будут линейны в зависимостиот энергии квантов света, как это показано на Рисунке 2.18.Рисунок 2.18. Экстраполяция величин αE1/2 и αA1/2Как видно, экстраполяция величин αE1/2 и αA1/2 к нулевым значениям позволяет определить величины (Eg±Ep) и найти таким образом ширину запрещенной зоны и энергию фонона, участвующего в переходе [102,103].2.3.6.Испытания на стойкость к воздействию плесневыхгрибовИспытания проводились по методике в соответствии со стандартомГОСТ 9.049-91 «Полимерные материалы и их компоненты» (Метод 1).Сущность метода заключается в том, что материал заражают спорамиплесневых грибов в воде.

Плесневые грибы растут только на питательных веществах, содержащихся в материале.85Отбор образцовПри оценке грибостойкости использовались образцы ΠЭΤФ, ΠΤФЭ иΠЭΤФ ТМ размером 30×30 мм.Готовят две группы образцов:0 - контрольные образцы для проведения сравнительной оценки (хранятв лаборатории в течение испытаний);1 - образцы для проведения испытаний под воздействием плесневыхгрибов и влаги.Количество образцов каждой группы должно быть не менее пяти.Виды грибовДля испытаний применяют следующие виды грибов: Aspergillus nigervan Tieghem, Aspergillus terreus Thom, Aspergillus oryzae (Ahlburg) Cohn,ChaetomiumglobosumKunze,PaecilomycesvariotiBainier,Penicilliumfuniculosum Thom, Penicillium chrysogenum Thom, Penicillium cyclopiumWestling, Trichoderma viride Pers. ex Fr.Подготовка к испытаниямПосуду, применяемую для испытаний, подготавливают по ГОСТ 9.048.Подготовка сред для выращивания и хранения культур грибов и испытаний - по ГОСТ 9.048.Пересев, выращивание и хранение культур грибов - по ГОСТ 9.048.Чашки Петри для контроля жизнеспособности спор грибов готовятпо ГОСТ 9.048.Образцы материалов очищают от внешних загрязнений, погружая на 1мин в этиловый спирт, и высушивают или протирают бязевым тампоном, смоченным этиловым спиртом.