Диссертация (1103233)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М.В.ЛОМОНОСОВАФАКУЛЬТЕТ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙИНЖЕНЕРИИНа правах рукописиМЕЛЬНИКОВ АЛЕКСЕЙ ПЕТРОВИЧИсследование процессов структурообразования полимеров методаминанокалориметрии и синхротронной нанофокусной рентгеновскойдифракции01.04.07 - Физика конденсированного состоянияДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:Заведующий лабораторией инженерногоматериаловедения ФФФХИ МГУ,к.ф.-м.н. Иванов Дмитрий АнатольевичМосква – 2017ОглавлениеСписок использованных сокращений ..............................................................................................
3Введение ................................................................................................................................................. 4Актуальность темы и степень ее разработанности ...................................................................................... 4Теоретическая и практическая значимость .................................................................................................. 6Научная новизна ................................................................................................................................................. 7Цели и задачи .......................................................................................................................................................
7Методы .................................................................................................................................................................. 8Выносимые на защиту положения ................................................................................................................... 9Достоверность результатов .............................................................................................................................
10Апробация работы ............................................................................................................................................ 10Структура диссертации....................................................................................................................................
10Глава 11.11.21.31.41.51.6Термодинамика кристаллизации и плавления полимеров. .............................................................. 13Кристаллизация полимеров: реальная микроструктура и модели ................................................. 16Модели кристаллизации полимеров из расплавленного состояния ............................................... 21Термодинамика формирования складчатой ламеллярной структуры .......................................... 24Анализ Аврами для описания кинетики кристаллизации в объеме ...............................................
36Сферолитические структуры (сферолиты) .......................................................................................... 41Глава 22.12.22.32.42.52.6Литературный обзор. ........................................................................................ 13Экспериментальная часть. Методы и материалы ...................................... 48Основы методов калориметрии ..............................................................................................................
48Модуляционная калориметрия .............................................................................................................. 54Сверхбыстрая калориметрия на чипе (нанокалориметрия) ............................................................ 56Совмещение нанокалориметрии с оптической микроскопией ........................................................ 61Совмещение нанокалориметрии с нано- и микрофокусной рентгеновской дифракцией........... 65Описание исследованных экспериментальных образцов и методики пробоподготовки дляпроведения измерений ..............................................................................................................................
72Глава 3Исследование фазовых превращений поли(триметилен терефталата)при помощи традиционных методов физико-химического анализа ................................ 80Глава 4Исследование фазовых превращений поли(триметилен терефталата)при помощи совмещения нанокалориметрии и оптической микроскопии ....................
864.14.24.34.4Калибровка нанокалориметрических сенсоров .................................................................................. 85Проведение экспериментов по модуляционной калориметрии ....................................................... 92Оценка массы исследуемого образца ..................................................................................................... 93Использование быстрых нагревов для исследования плавления закристаллизованныхобразцов поли(триметилен терефталата) .............................................................................................
94Глава 5Исследование фазовых превращений поли(триметилен терефталата)при помощи ex-situ совмещения нанокалориметрии и нанофокусной рентгеновскойдифракции ............................................................................................................................... 99Глава 6Исследование фазовых превращений поли(триметилен терефталата)при помощи in-situ совмещения нанокалориметрии и микрофокусной рентгеновскойдифракции .............................................................................................................................
116Заключение ........................................................................................................................................ 127Список литературы ......................................................................................................................... 129Приложение А ...................................................................................................................................
135Благодарности................................................................................................................................... 1362Список использованных сокращенийАСМ – атомная силовая микроскопияАЦП – аналогово–цифровой преобразовательВАК – высшая аттестационная комиссияДСК – дифференциальная сканирующая калориметрияДТА – дифференциальный термический анализЖК – жидкокристаллическийИПП - изотактический изопропиленКУ – коэффициент усиленияМУРР – малоугловое рентгеновское рассеяниеНФРД – нанофокусная рентгеновская дифракцияММ – молекулярная массаПК – персональный компьютерПО – программное обеспечениеПТМТФ – поли(триметилен терефталат)ПТФЭ – политетрафторэтиленПЭ – полиэтиленРСА – рентгеноструктурный анализСЗМ – сканирующая зондовая микроскопияССМ – сканирующая силовая микроскопияСЭМ – сканирующая электронная микроскопияТГА – термогравиметрический анализУСД – устройство сбора данныхЧУФ – частично упорядоченные фазыШУРР – широкоугловое рентгеновское рассеяниеESRF – European Synchrotron Radiation Facility (Гренобль,Франция)SAXS – Small-Angle X-Ray ScatteringWAXS – Wide-Angle X-Ray ScatteringDAQ - Data Acquisition3ВведениеИсследование структуры и свойств органических полимерных материалов насегодняшний день является задачей, актуальной как с прикладной, так и сфундаментальной точек зрения.
Полимерные материалы благодаря своимуникальнымсвойствамприменяютсяповсеместно:вмашиностроении,производстве текстильной продукции, медицине, домашнем и сельском хозяйстве,судостроении, авиастроении и т.д. На их основе изготавливают огромноеколичество материалов, таких как волокна, пленки, покрытия, композитныематериалы и др.
Так, тонкие полимерные пленки, характеризующиеся высокойстойкостью к действию различных агрессивных сред, хорошей термическойустойчивостью, влагонепроницаемостью, простотой нанесения и дешевизной,интенсивноиспользуютсявкачестверазличныхзащитныхпокрытий.Композитные полимерные материалы, наполненные неорганическими частицами,широко применяются при производстве катализаторов, газовых и химическихсенсоров, разделительных мембран и т.д.
Кроме того, за последние десятилетиячрезвычайноактуальнымсталоразвитиечастично-кристаллическихижидкокристаллических (ЖК) полимеров для оптики и органической электроники.Сточкизренияфундаментальнойнауки,изучениепроцессовструктурообразования в системах с геометрическими ограничениями, такими, какволокна, тонкие пленки, микроразмерные гранулы и т.д., необходимо дляпонимания специфических свойств наноструктурированных материалов.Актуальность темы и степень ее разработанностиВ настоящее время благодаря научно-техническому прогрессу мировомуученому сообществу доступен широкий спектр всевозможных методик дляпроведения научных исследований.
Так, на вооружении ученых стоят новейшиеприборные комплексы, позволяющие решить большинство современных задач,стоящих перед мировой наукой и исследовать все многообразие материалов иструктур. К примеру, для изучения фазовых превращений в полимерныхматериалах, их термического поведения и, в частности, термостойкости полимеровили при исследовании их поведения при термодеструкции широко используются4такие методы физико-химического анализа, как термогравиметрический анализ(ТГА), дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК), дифференциальныйтермический анализ (ДТА) и др.За последние 50 лет применение ДСК стало одним из ключевых при изучениитеплофизических параметров новых синтезированных полимеров.
Кроме того,термическое поведение полимерных материалов чрезвычайно важно дляразработки и оптимизации технологии их производства, поскольку необходимопониматьвлияниеиспользованныхдобавок,включаястабилизаторы,антиоксиданты, пластификаторы и проч., а также зависимости свойств конечногопродукта от режимов экструзии или прессования полимера и т.д. Тем не менее,имеется ряд проблем и задач, решение которых невозможно в случаеиспользования таких стандартных экспериментальных методик, как ДСК.
Преждевсего это связано с невозможностью применять данную методику при работе собразцами малой массы (менее 0,1 мг), когда количество исследуемого материалажестко ограничено. В качестве примера можно привести разрабатываемыефармацевтические препараты или современные энергоемкие взрывчатые вещества,где увеличение массы материала, участвующего в эксперименте, может приводитьк появлению неоправданных экономических рисков или же нежелательно с точкизрения безопасности эксперимента.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
