- Zusammenfassung
- 1. Einleitung
- 2. Experimentell
- 2.1. Herstellung von Chlorpentaamin-Kobalt(III)-chlorid Cl2
- 2.2. Probenvorbereitung
- 3. Ergebnisse und Diskussion
- 3.1. Röntgenbeugung (XRD)
- 3.2. Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR)
- 3.3. Rasterelektronenmikroskop (REM)
- 3.4. UV-VIS-Spektren
- 4. Schlussfolgerungen
- Interessenkonflikt
- Danksagung
Zusammenfassung
Chlorpentaamin-Kobalt (III) -clorid Cl2 wurde hergestellt und anschließend durch Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie und Röntgenbeugung charakterisiert. Die erhaltenen Ergebnisse zeigten die Bildung von orthorhombischen Cl2-Nanopartikeln von ≈28,75 nm Größe. Polymerfolien auf Basis von Polyvinylacetat (PVAc), dotiert mit Chlorpentaamin-kobalt(III)-clorid Cl 2 in unterschiedlichen Gewichtsprozentverhältnissen, wurden im Solvent-Cast-Verfahren hergestellt. Die Komplexierung des Additivs mit dem Polymer wurde durch FTIR- und SEM-Studien bestätigt. Das XRD-Muster zeigte, dass die amorphe Struktur der PVAc-Polymermatrix mit zunehmendem Cl2-Gehalt zunahm. Parameter wie Extinktionskoeffizient, Brechungsindex, Real- und Imaginärteile und optische Leitfähigkeit wurden unter Verwendung der Absorption und Messungen mit einem computergesteuerten UV-sichtbaren Spektralphotometer im Spektralbereich 190-800 nm untersucht. Diese Studie zeigte, dass die optischen Eigenschaften von PVAc durch die Dotierung von Cl2 beeinflusst wurden, wobei die Absorption durch Nivellierung der Cl2-Konzentration zunahm. Die Art des elektronischen Übergangs vom Valenzband zum Leitungsband wurde bestimmt und die Energiebandlücken der Verbundfolienproben wurden durch UV-sichtbares Spektrum geschätzt. Es wurde beobachtet, dass die optische Leitfähigkeit mit der Photonenenergie und mit der Zunahme der Cl2-Konzentration zunahm.
1. Einleitung
Polymere können je nach Synthesebedingungen und chemischen Eigenschaften des Rückgrats verschiedene mechanische, elektrische und optische Eigenschaften aufweisen. Wenn ein Polymer ultraviolettem Licht ausgesetzt wird, werden seine chemischen Eigenschaften, wie Löslichkeit, des Polymers im belichteten Bereich verändert. Die Photolithographie, ein in der Elektronik bekanntes Verfahren, verwendet dieses Prinzip .
Polymere werden in einer erstaunlichen Anzahl von Anwendungen eingesetzt. In jüngerer Zeit sind bedeutende Entwicklungen auf dem Gebiet flexibler elektronischer Bauelemente aufgetreten, die auf den nützlichen piezoelektrischen, halbleitenden, optischen und elektrooptischen Eigenschaften einiger Polymere beruhen .
Polymere Materialien haben ein besonderes Interesse, weil sie in Kombination mit geeigneten Metallsalzen Komplexe ergeben, die für die Entwicklung fortschrittlicher hochenergetischer elektrochemischer Vorrichtungen, beispielsweise Batterien, Brennstoffzellen, elektrochemischer Anzeigevorrichtungen und photoelektrochemischer Zellen mit einfacher Herstellung in wünschenswerten Größen nützlich sind . Polymere haben auch einzigartige Eigenschaften wie geringes Gewicht, hohe Flexibilität und die Fähigkeit, bei niedrigen Temperaturen und niedrigen Kosten hergestellt zu werden. Optische Kommunikationen, einschließlich Polymer-Lichtwellenleiter, Lichtwellenleiter und optische Steckverbinder, werden aufgrund ihrer einfachen Verarbeitung, relativ geringen Kosten und Massenproduktion mit optischen Materialien auf Siliziumdioxidbasis verglichen. Sie haben auch potenzielle Vorteile für Anwendungen in optischen Speichersystemen, wie z. B. hohe thermische Stabilität, geringer Absorptionsverlust und die Fähigkeit, den Brechungsindex bei Lichteinwirkung zu ändern . Die elektrischen und optischen Eigenschaften von Polymeren haben im Hinblick auf ihre Anwendungen in optischen Geräten mit bemerkenswerten Reflexions-, Antireflexions-, Interferenz- und Polarisationseigenschaften große Aufmerksamkeit erregt .
Kommerzielle Vinylpolymere wie PVAc (C4H6O2)n werden wegen ihrer breiten Anwendung in der Industrie intensiv untersucht. Polyvinylacetat ist ein thermoplastisches Polymer. PVAc-basierte Verbundwerkstoffe wurden aufgrund der hochbindungsverstärkten, filmartigen, geruchlosen und nicht brennbaren Eigenschaften und des Substrats für die PVA-Produktion in der Harzemulgator-, Klebstoff-, Papier-, Farben- und Textilindustrie erheblich hergestellt. Der Einbau verschiedener metallischer Additive in Polymermatrizen kann Polymer-Matrix-Verbundwerkstoffe herstellen und deren Eigenschaften für spezifische Anwendungen verbessern .
Koordinationsverbindungen oder Metallkomplexe sind Metallionen, die von Liganden umgeben sind. Liganden sind entweder Anionen oder Moleküle, die Elektronen in die d-Orbitale des Metallions abgeben und eine Bindung bilden können. Beispiele für übliche Liganden sind Chloridion, Cyanidion, Ammoniak, Ethylendiamin und Ethylendiamintetraacetation (EDTA). Die Metallionen, die Koordinationsverbindungen bilden, stammen aus einer Gruppe von Metallen, die als Übergangsmetalle bekannt sind. Diese Metalle haben mehr als eine Oxidationsstufe. Diese Eigenschaft ermöglicht es den Übergangsmetallen, als Lewis-Säuren zu wirken . Der in dieser Arbeit verwendete Metallkomplex ist Chlorpentammin-kobalt (III) -chlorid, das eine paramagnetische Verbindung ist. Es zersetzt sich beim Erhitzen über 150 ° C. Seine Löslichkeit beträgt 0,4 g pro 100 ml bei 25 ° C.
In dieser Arbeit wurde versucht, den Effekt der Zugabe von Cl2 auf die strukturellen und optischen Eigenschaften von Polyvinylacetat durch FTIR-, XRD-, REM- und UV-sichtbare Spektrometertechniken zu untersuchen. Die Ergebnisse dieser Messungen wurden analysiert und diskutiert.
2. Experimentell
2.1. Herstellung von Chlorpentaamin-Kobalt(III)-chlorid Cl2
Chlorpentaamin-kobalt(III)-chlorid Cl2 wurde nach der in der Literatur angegebenen Vorschrift hergestellt.
1,7 g Ammoniumchlorid NH4Cl wurden in ~10 ml konzentriertem Ammoniak NH3 in einem 400 ml Becherglas vollständig gelöst. Unter ständigem Rühren wurden der Mischung nach und nach 3,3 g Cobalt(II)chlorid COCL 2 zugesetzt. Als braune Farbaufschlämmung erhalten wurde, wurden 2,7 ml 30% iges Wasserstoffperoxid H2O2 langsam zugegeben. Nachdem das Aufbrausen aufgehört hatte, wurden ~ 10 ml konzentrierte Salzsäure HCl langsam zugegeben. Unter weiterem Rühren wird die Mischung auf einer heißen Platte erhitzt und hält 85 ° C für 20 Minuten, und dann wird die Mischung auf Raumtemperatur in einem Eisbad abgekühlt und filtriert (mit einem Buchner-Trichter). Die Kristalle von Cl2 werden mit 5-6 mal gewaschen, 5 ml Portionen Eiswasser (destilliertes Wasser in Eis gekühlt) und dann 5-6 mal, 5 ml Portionen Ethanol C2H6O. Alle Chemikalien, die zur Herstellung von Chlorpentaamin-Kobalt (III) -chlorid verwendet wurden, wurden von Sigma-Aldrich gekauft
2.2. Probenvorbereitung
Poly(Vinylacetat) (PVAc) mit Molekulargewicht 100.000 wurde von Aldrich bezogen. PVAc / Cl2-Verbundfolien wurden im Lösungsmittelgießverfahren hergestellt. Zunächst wurde eine Emulsion von PVAc mit destilliertem Wasser 10 h gerührt. Die erforderlichen Gewichtsanteile an Cl 2 wurden zunächst 1 h mit einem Magnetrührer in destilliertem Wasser dispergiert und dann unter ständigem Rühren allmählich in die polymere Emulsion gegeben und 2 h unter Druck gehalten. Schließlich wurde die Lösung auf gereinigte Petrischalen gegossen und eine Woche lang bei Raumtemperatur langsam verdampfen gelassen. Nach dem Trocknen wurden die Filme von Petrischalen abgezogen und bis zur Verwendung in Vakuumexsikkatoren aufbewahrt. Die Dicke der erhaltenen Filme lag im Bereich ≈120-150 µm.
Röntgenbeugungsscans wurden mit dem Diffraktometer DX-2700 unter Verwendung von Cu Ka-Strahlung (= 1,5406 Å) bei 40 kV und 30 mA für den Bereich von 5-50 ° erhalten. Die Messungen wurden bei Raumtemperatur durchgeführt. Die gebeugte Intensität als Funktion des Reflexionswinkels wurde vom Röntgendiffraktometer automatisch aufgetragen. Die verschiedenen Peaks, die im Beugungsmuster erhalten wurden, gaben die Information über die Größe und den interplanaren Abstand der Verbindung. FTIR wurde auf einem Fourier-Transformations-Infrarot-Spektralphotometer, Shimadzu, Modell IR-Prestige 21, unter Verwendung von KBr-Pellets aufgezeichnet. FT-IR-Spektren der Proben wurden im Spektralbereich von (4000-400) cm−1 erhalten. Ultraviolett-sichtbare (UV-VIS) Absorptionsspektren wurden im Wellenlängenbereich von 190-800 nm mit dem Doppelstrahl-Spektralphotometer UV-1800 Shimadzu gemessen. Die Morphologie der Filme wurde mittels Rasterelektronenmikroskop unter Verwendung der Bruker Nano GmbH, Deutschland, bei 5 kV Beschleunigungsspannung charakterisiert.
3. Ergebnisse und Diskussion
3.1. Röntgenbeugung (XRD)
Ein typisches XRD-Muster für Cl2 ist in Abbildung 1 dargestellt. Es ist zu sehen, dass viele scharfe Peaks im Röntgenprofil beobachtet wurden. Die kristalline Natur von synthetisiertem Cl2 wurde durch die verschiedenen scharfen kristallinen Peaks im XRD-Muster beobachtet. Es zeigt Beugungsspitzen bei 15,8313, 25,6011, 32,6249 und 34,8279 entsprechend der (011), (221), (122), und (040) Ebenen Cl2, die auf eine orthorhombische Struktur indiziert werden konnten, die mit den Literaturdaten von Materials Data, Inc. . Die durchschnittliche Partikelgröße kann unter Verwendung der ersten Kugelannäherung der Debye-Scherrer-Formel berechnet werden :wo ist der durchschnittliche Durchmesser der Kristalle, ist die Wellenlänge der Röntgenstrahlung und ist die volle Breite bei halber maximaler Intensität des Peaks (FWHM). Die erhaltene Teilchengröße von Cl 2 beträgt 28,75 nm. Der Strukturparameter wie Beugungswinkel (deg.), interplanar (Å), relative Intensität und volle Breite bei halber maximaler FWHM (Grad.) sind in Tabelle 1 aufgeführt.
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PVAc sind teilkristalline Polymere, wie aus ihren in Abbildung 2 (a) dargestellten XRD-Mustern hervorgeht. Die kristalline Natur von PVAc wird durch die Beugungspeaks bei = 19,54 °, 40,54 ° hervorgehoben, wobei eine heilige Schulter bei = 23 ° die amorphe Phase in PVAc darstellt.
(ein)
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Die Funktionsgruppe, die in der Struktur von PVAc vorhanden ist, spielt eine Rolle bei der Erhöhung der Kohlenstoffrückgratstörung, was dazu führt, dass kristalline Phasen in PVAc auftreten, wie in XRD-Muster Abbildung 2 (a) gezeigt. In den Abbildungen 2 (b), 2 (c) und 2 (d) wurde das XRD-Muster von PVAc / 3, PVAc / 6 und PVAc / 9 wt erläutert.% Cl2, beziehungsweise. Es ist zu sehen, dass die Intensität des Peaks von PVAc abnahm und die Bandbreite mit zunehmender Konzentration von Cl zunahm2. Der wesentliche Peak von PVAc repräsentiert den kristallinen Bereich in PVAc, so dass sich die Verringerung der Intensität und Verbreiterung dieses Peaks auf eine Abnahme der Kristallinität und eine Zunahme der Amorphität bezieht. Dieses Verhalten zeigt eine Komplexierung zwischen dem Füllstoff und den Polymeren im amorphen Bereich. Das Verhalten von PVAc / Cl2-Verbund stimmt mit PVAc / Pb3O4 und PVAc / TiO2 überein. Mit 9 wt.% Konzentration Die Peaks gehören zu Cl2, die mit geringerer Intensität beobachtet werden, da die Cl2-Struktur nach Bildung von Kompositen mit PVAc verkappt wird, was mit (Roy et al. 2013) . Polymere mit 3-dimensionaler Struktur, wie Poly (Vinylacetat) (PVAc) haben starre Poren, die eine obere Grenze für das additive Wachstum innerhalb einer solchen Polymermatrix setzen.
Die Partikelgröße von Cl2-Partikeln wurde gemäß der Vorzugsrichtungsebene (011) für PVAc/6 wt gefunden.% und 9 Gew.-%.% des Cl2-Verbundfilms, die um 22,06 nm bzw. 23,50 nm liegen.
3.2. Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR)
FTIR-Spektren von Cl2 zeigen Peaks bei 3278, 1620, 1307, 840 und 486 cm−1, die der NH3–Streckschwingung, der Degenerationsdeformationsschwingung des NH3–Liganden, der symmetrischen Deformationsschwingung von NH3, der Schaukelschwingung von NH3 bzw. der Co−NH3-Streckschwingung entsprechen; auch der Co-Cl-Peak erschien um 840 cm-1. Die FTIR-Charakterisierung stimmte mit Najar und Majid (2013) überein, die Cl2 untersuchten. Die einzige funktionelle Gruppe von Cl2 ist N-H, die etwa 3100-3500 cm−1 betragen muss. Abbildung 3 stellt das FTIR-Spektrum von Cl2 dar; Die NH liegt zwischen 3161,34 und 3279,1 cm–1.
Die einzige funktionelle Gruppe von PVAc ist C = O. Abbildung 4 (a) stellt das FTIR−Spektrum für PVAc dar, C = O erschien um 1728,22 cm–1 , auch C–O−C erschien um 1246 cm–1, während C−H um 2935,66 cm-1 erschien . Es ist erwähnenswert, dass die Absorptionsbande in der Nähe von 3400 cm−1 auf die O–H-Gruppen zurückzuführen ist . Die Abbildungen 4 (b), 4 (c) und 4 (d) zeigen, dass die PVAc-Absorptionsspitzen mit der Zugabe von Cl2 verschoben sind. Die Verschiebung gibt einen Einblick in eine Wechselwirkung des Cl2 in der Polymermatrix . Mit zunehmender Konzentration von Cl2 werden die IR-Absorptionsspitzen aufgrund von Dehnungsvibrationen erhöht, die in Richtung höherer Wellenzahl verschoben werden, die Absorptionsbanden, die zu Cl2 gehören, werden schärfer, während die Intensität der PVAc-Absorptionsbanden verringert wird, was auf ein offensichtliches Vorhandensein von Cl2 hinweist. Das Aussehen der Absorptionsbande um 1728 cm-1 für Proben 3, 6 und 9 gew.% Cl2 bestätigt das Vorhandensein von PVAc in den Proben . Mit 3 wt.% Cl2 ist das N–H hinter der abgerundeten O–H-Spitze verborgen, während bei höheren Konzentrationen das N-H als scharfe Spitze auftrat.
(ein)
(b)
(c)
(d)
(a)
(b)
(c)
(d)
3.3. Rasterelektronenmikroskop (REM)
Die Abbildungen 5(a), 5(b), 5(c) und 5(d) zeigen die REM-Aufnahmen von PVAc, PVAc/3 wt.% Cl2, PVAc/6 Gew.-%.% Cl 2 und PVAc/9 Gew.% der Cl2-Verbundfolien. In Abbildung 5 (a) erschienen einige helle ungelöste PVAc-Körner. Andere Flecken mit unterschiedlichem Rauheitsgrad, die auf den in den Abbildungen 5 (b), 5 (c) und 5 (d) gezeigten rückgestreuten Bildern beobachtet wurden, scheinen Agglomerate von Cl2-Partikeln zu sein, die mit zunehmender Konzentration von Cl2 zunehmen. Die durchschnittlichen Durchmesser dieser agglomerierten Partikel (Körner) liegen bei 0,885, 1,83 und 2.114 µm für PVAc/3, PVAc/6 und PVAc/9 gew.% der Cl2-Verbundfolien. Die Änderung legt nahe, dass PVAc-Moleküle in der Weichsegmentphase dispergiert sein können, mit geringem Einfluss auf die Mikrophasentrennung und das Mischen der Hart- und Weichsegmente. Der Rauhigkeitsgrad der Folienoberfläche nimmt mit zunehmendem Gehalt an Cl2 zu. Dies deutet auf eine Segregation des Füllstoffs in der Wirtsmatrix hin und kann die Wechselwirkung und Komplexierung zwischen dem Additiv und dem Polymer bestätigen und sich auch auf das Wachstum von Cl2-Partikeln in der PVAc-Matrix beziehen.
(ein)
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3.4. UV-VIS-Spektren
Die Absorptionsspektren für PVAc/Cl2-dotierte Filme sind in Abbildung 6 dargestellt. Wie in Abbildung 6 angegeben, erhöht Cl2 die Absorption des PVAc-Wirts. Die UV-sichtbaren Absorptionsspektren von PVAc- und PVAc/Cl2-Verbundfolien werden bei Raumtemperatur durchgeführt. Die verschiedenen spektralen Abhängigkeiten optischer Funktionen zeigen eindeutig, dass die prinzipielle Rolle in den beobachteten Spektren die Elektronen-Phononen-Verbreiterung spielt. Das optische UV-Absorptionsmuster von PVAc zeigt eine absorptionsbandartige Schulter bei etwa = 260 nm. Diese Bande wird der Carbonylgruppe zugeschrieben . Es wird beobachtet, dass die Wellenlänge, die der absorptionsbandartigen Schulter entspricht, mit zunehmendem Cl2-Gehalt zunimmt; Dieser Anstieg wurde auf die geringfügigen strukturellen Inhomogenitäten in PVAc zurückgeführt, die auf das Wachstum von Cl2 innerhalb der Polymermatrix zurückzuführen sind. Da die Verbundfolien ein Rotverschiebungsverhalten zeigen, zeigen diese Verschiebungen die Komplexierung zwischen dem Cl2 und dem PVAc an und können auch auf eine Änderung der Kristallinität mit Anwesenheit von Additiv zurückzuführen sein. Diese Ergebnisse wurden durch XRD-Ergebnisse bestätigt. Aus Abbildung 6 wurde eine kleine Absorptionsbande bei etwa 500 nm beobachtet. Die Bildung neuer Peaks für die Proben und auch die Verbreiterung dieser Peaks mit zunehmendem Cl2 weisen auf eine erhebliche Wechselwirkung zwischen Additiv und Wirtspolymer hin . Auch Abbildung 6 zeigt, dass die Absorption durch Zugabe unterschiedlicher Gewichtsprozente von Cl zunahmt2; Dies hängt mit der Absorption von Cl zusammen2 oder, mit anderen Worten, Die Absorption nimmt mit Prozentsätzen absorbierter Partikel zu . Die Absorption bei jeder Wellenlänge hängt von der Anzahl der Partikel entlang des Bades des einfallenden Lichts (d. H. von der Konzentration von Cl2) und von der Länge des durchlaufenden optischen Pfades ab . Diese Ergebnisse stimmen gut mit Abdelaziz überein .
Der Absorptionskoeffizient ist definiert als die Fähigkeit eines Materials, das Licht einer bestimmten Wellenlänge zu absorbieren. Der Absorptionskoeffizient wurde aus der optischen Absorption durch folgende Beziehung berechnet :Abbildung 7 zeigt die Variation des Absorptionskoeffizienten mit Photonenenergie für PVAc/0, PVAc/3, PVAc/6 und PVAc/9 wt.% der Cl2-Verbundfolien. Es ist klar, dass der Absorptionskoeffizient mit der Konzentration von Cl2 zunimmt; Dies kann auf eine Erhöhung der Extinktion zurückzuführen sein . Abbildung 7 zeigt auch die Abhängigkeit des Absorptionskoeffizienten von der einfallenden Photonenenergie, die sich aus dem niedrigen Wert des Absorptionskoeffizienten bei niedrigem Wert der Photonenenergie ergibt, und umgekehrt, was bedeutet, dass die Möglichkeit eines Elektronenübergangs mit der Photonenenergie zunimmt.
Aus den bisherigen Ergebnissen des Absorptionskoeffizienten geht hervor, dass der Elektronenübergang von PVAc / Cl2 indirekt ist. Eine gute lineare Anpassung wird für und gegen erhalten, wie in den Abbildungen 8 bzw. 9 gezeigt. Die jeweiligen Werte von werden durch Extrapolation auf und für den erlaubten indirekten Übergang bzw. den verbotenen indirekten Übergang erhalten. Der Inhalt ist für die Bildung einiger Defekte in den Filmen verantwortlich. Diese Defekte erzeugen die lokalisierten Zustände in der optischen Bandlücke und überlappen sich. Diese Überlappungen geben Hinweise auf eine Verringerung der Energiebandlücke, wenn der Cl2-Gehalt in der Polymermatrix erhöht wird, wie in den Abbildungen 8 und 9 gezeigt. Mit anderen Worten, die Abnahme der optischen Lücke spiegelt die Zunahme des Störungsgrades in den PVAc-Filmen wider. Abdelaziz und Ghannam beobachteten ähnliche Ergebnisse. Oder es kann auf die additive Komplexierung mit der Polymermatrix zurückgeführt werden . Diese Ergebnisse stimmen mit FTIR-, SEM- und XRD-Beobachtungen überein.
Abbildung 10 zeigt die Werte der Energielücke für den indirekten Übergang (erlaubt und verboten) für (PVAc / 0, PVAc / 3, PVAc / 6 und PVAc / 9).% Cl2).
Der Extinktionskoeffizient wurde unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet: Die Abhängigkeit des Extinktionskoeffizienten von der Wellenlänge im Bereich von 190-800 nm von PVAc / Cl2-Verbundproben ist in Abbildung 11 dargestellt. Es ist klar, dass der Extinktionskoeffizient für reine PVAc-Probe eine Abnahme der Werte aller Wellenlängen (190-800) nm zeigt, während er für PVAc / 0, PVAc / 3, PVAc / 6 und PVAc / 9 wt zunimmt.% Cl 2 in der Wellenlänge von 400 nm bis 800 nm. Der Extinktionskoeffizient wurde für PVAc-Filme mit zunehmender Cl2-Konzentration erhöht; Dies ist auf den Anstieg des Absorptionskoeffizienten zurückzuführen .
Der Brechungsindex ist eine grundlegende optische Eigenschaft von Polymeren, die in direktem Zusammenhang mit anderen optischen, elektrischen und magnetischen Eigenschaften steht und auch für diejenigen von Interesse ist, die die physikalischen, chemischen und molekularen Eigenschaften von Polymeren mit optischen Techniken untersuchen . Der Brechungsindex wird berechnet, indem der Reflexionsgrad angegeben wird, der aus Absorptions- und Transmissionsspektren gemäß dem Energieerhaltungsgesetz erhalten wird. Abbildung 12 stellt den Brechungsindex für PVAc/0, PVAc/3, PVAc/6 und PVAc/9 dar.% Cl2-Verbundfolien im untersuchten Wellenlängenbereich. Die Betrachtung von Abbildung 12 zeigt für alle Zusammensetzungen, dass der Brechungsindex mit zunehmender Wellenlänge abnimmt. Die Abbildung zeigt, dass der Brechungsindex infolge der Erhöhung des Cl2-Anteils zunimmt, was auf die Erhöhung der Dichte des Films infolge des Cl2-Gehalts zurückzuführen ist. In der Literatur wird der Zusammenhang zwischen Brechungsindex und Massendichte als linear beschrieben . Die Erhöhung des Brechungsindex mit der Konzentration von Cl2 ist ein Ergebnis der Erhöhung der Anzahl der Atombrechungen aufgrund der Erhöhung der linearen Polarisierbarkeit, die mit der Lorentz-Lorentz-Formel übereinstimmt.
Die Dielektrizitätskonstante ist definiert als die Reaktion des Materials auf das einfallende elektromagnetische Feld. Die Dielektrizitätskonstante von () ist durch die folgende Gleichung gegeben: wobei () und () die Real- bzw. Imaginärteile der Dielektrizitätskonstante sind, die durch die folgenden Gleichungen erhalten werden können: Die Abhängigkeit des Realteils von der Wellenlänge ist in Abbildung 13 für PVAc / 0, PVAc / 3, PVAc / 6 und PVAc / 9 wt.% Cl2. Aus dieser Abbildung geht hervor, dass der Realteil vom Brechungsindex abhängt, da der Effekt des Extinktionskoeffizienten sehr gering ist und daher aufgehoben werden könnte . Der Realteil der Dielektrizitätskonstante nimmt mit der Cl2-Konzentration zu und der Kurvenscheitelpunkt verschiebt sich mit zunehmendem Cl2-Prozentsatz zu höheren Wellenlängen, was auf die Abhängigkeit des Realteils der Dielektrizitätskonstante vom Brechungsindex zurückzuführen sein kann. Der Imaginärteil der Dielektrizitätskonstante als Funktion der Wellenlänge ist in Abbildung 14 dargestellt. Es ist klar, dass der Imaginärteil vom Extinktionskoeffizienten abhängt, insbesondere im Wellenlängenbereich um (390-800), wo der Brechungsindex nahezu konstant bleibt, während der Extinktionskoeffizient mit der Wellenlänge zunimmt.
Der Absorptionskoeffizient und der Brechungsindex wurden verwendet, um die optische Leitfähigkeit () durch die folgende Beziehung zu erhalten :wo ist die Lichtgeschwindigkeit im Raum. Abbildung 15 zeigt die Variation der optischen Leitfähigkeit von PVAc/0, PVAc/3, PVAc/6 und PVAc/9 wt.% der Cl2-Verbundfolien als Funktion der Photonenenergie. Die Leitfähigkeit von reinem PVA ist bis zu etwa 5,2 eV Photonenenergie nahezu konstant, danach nimmt sie mit zunehmender Photonenenergie zu. Die Cl2-Konzentration verursachte die Erhöhung der optischen Leitfähigkeit, die auf eine hohe Absorption der Polymerverbundfolien zurückzuführen ist. Die Zunahme der optischen Leitfähigkeit und die Abnahme der Bandlückenenergie von PVAc / Cl2 mit zunehmender Cl2-Konzentration kann auf die Zunahme der Anzahl mobiler Ladungsträger und auch auf die Zunahme der amorphen Natur des Wirtspolymers zurückgeführt werden. Diese Ergebnisse stimmen mit Al-Taa’y et al. .
4. Schlussfolgerungen
Polymerfilme auf PVAc-Basis mit unterschiedlichen Cl2-Konzentrationen wurden in Lösemittelgießtechnik hergestellt. XRD beschimpfte, dass das synthetisierte Cl2 auf orthorhombische Struktur indiziert war. Die Bildung einer intermolekularen Wechselwirkung und Komplexierung zwischen PVAc und Cl2 wurde mit XRD, FTIR, SEM und UV bestätigt. Die UV-Ergebnisse zeigten, dass Cl2 die optischen Eigenschaften von PVAc effektiv verbessern kann. Der Absorptionskoeffizient nahm mit zunehmendem Gewichtsanteil des Additivs zu. Die Zunahme der optischen Leitfähigkeit und die Abnahme der Energiebandlücke der Polymer-Wirtsmatrix mit zunehmender Cl2-Konzentration wurden auf die Zunahme der Anzahl mobiler Ladungsträger und auch auf die Zunahme der amorphen Natur der Polymer-Wirtsmatrix zurückgeführt. Die optischen Konstanten wie Extinktionskoeffizienten, Brechungsindex, reale und imaginäre Dielektrizitätskonstanten und optische Leitfähigkeit hängen von der Konzentration von Cl ab2 im Polymerfilm. PVAc/9 Gew.% Cl2 Verbundfolien zeigen die besten optischen Eigenschaften. Diese Art von Verbundwerkstoffen könnte ein geeigneter Kandidat für Photovoltaikzellen sein, obwohl weitere Studien und Verbesserungen erwünscht sind. Diese Arbeit bestätigt auch, dass der Brechungsindex und die Energielücke stark korrelieren.
Zusammenfassend zeigen die Messungen der optischen Eigenschaften, dass das Cl2 ein nützliches Additiv ist, um gleichzeitig die Absorption und die optische Leitfähigkeit von PVAc zu erhöhen. Infolgedessen zeigt der PVAc / Cl2-Verbundfilm dramatische Veränderungen der optischen Eigenschaften, die ihm bei der Herstellung optischer Geräte helfen.
Interessenkonflikt
Die Autoren erklären, dass kein Interessenkonflikt bezüglich der Veröffentlichung dieser Arbeit besteht.
Danksagung
Die Autoren danken Dr. Nadher Najem für die hilfreichen Diskussionen während der Entwicklung dieser Arbeit; Sie möchten auch ihre tiefe Dankbarkeit für Dr. Mohammed Hadi für seine hilfreiche Unterstützung bei der XRD-Messung zum Ausdruck bringen.