Préparation du Chlorure de Cobalt (III) de Chloro Penta Amine et Étude de Son Influence sur les Propriétés Structurelles et Certaines Propriétés Optiques de l’Acétate de Polyvinyle

Résumé

Le cloride de cobalt (III) de Chloro penta amine Cl2 a été préparé puis caractérisé par spectroscopie infrarouge par transformée de Fourier et diffraction des rayons X. Les résultats obtenus indiquent la formation de nanoparticules Cl2 orthorhombiques de taille ≈28,75 nm. Des films polymères à base d’acétate de polyvinyle (PVAc) dopé au cloride de cobalt (III) de chloro penta amine Cl2 dans différents rapports de pourcentage en poids ont été préparés en utilisant la technique de coulée au solvant. La complexation de l’additif avec le polymère a été confirmée par des études FTIR et SEM. Le modèle XRD a révélé que l’amorphe de la matrice polymère PVAc augmentait avec l’augmentation de la teneur en Cl2. Des paramètres tels que le coefficient d’extinction, l’indice de réfraction, les parties réelles et imaginaires et la conductivité optique ont été étudiés en utilisant l’absorbance et les mesures du spectrophotomètre UV-visible informatisé dans la gamme spectrale 190-800 nm. Cette étude a montré que les propriétés optiques du PVAc étaient affectées par le dopage du Cl2 où l’absorption augmentait en nivelant la concentration en Cl2. La nature de la transition électronique de la bande de valence à la bande de conduction a été déterminée et les bandes vides d’énergie des échantillons de films composites ont été estimées par spectre UV-visible. On a observé que la conductivité optique augmentait avec l’énergie des photons et avec l’augmentation de la concentration en Cl2.

1. Introduction

Les polymères peuvent présenter diverses propriétés mécaniques, électriques et optiques en fonction des conditions de synthèse et des propriétés chimiques du squelette. Si un polymère est exposé à la lumière ultraviolette, ses propriétés chimiques, telles que la solubilité, du polymère dans la zone exposée sont modifiées. La photolithographie, qui est un procédé bien connu en électronique, utilise ce principe.

Les polymères sont utilisés dans un nombre incroyable d’applications. Plus récemment, des développements significatifs ont eu lieu dans le domaine des dispositifs électroniques flexibles basés sur les propriétés piézoélectriques, semi-conductrices, optiques et électrooptiques utiles observées dans certains polymères.

Les matériaux polymères présentent un intérêt particulier car, en combinaison avec des sels métalliques appropriés, ils donnent des complexes utiles pour le développement de dispositifs électrochimiques avancés à haute énergie, par exemple des batteries, des piles à combustible, des dispositifs d’affichage électrochimiques et des cellules photo-électrochimiques faciles à fabriquer dans des tailles souhaitables. Les polymères ont également des propriétés uniques telles que leur légèreté, leur grande flexibilité et leur capacité à être fabriqués à basse température et à faible coût. Les communications optiques, y compris les fibres optiques polymères, les guides d’ondes optiques et les connecteurs optiques en raison de leur facilité de traitement, de leur coût relativement faible et de leur production en série, sont comparées aux matériaux optiques à base de silice. Ils présentent également des avantages potentiels pour les applications dans les systèmes de stockage optique, tels qu’une stabilité thermique élevée, une faible perte d’absorption et la capacité de modification de l’indice de réfraction lors de l’exposition à la lumière. Les propriétés électriques et optiques des polymères ont attiré une grande attention en raison de leurs applications dans des dispositifs optiques aux propriétés remarquables de réflexion, d’antireflet, d’interférence et de polarisation.

Les polymères vinyliques commerciaux tels que le PVAc (C4H6O2) n sont étudiés de manière intensive en raison de leurs larges applications dans l’industrie. L’acétate de polyvinyle est un polymère thermoplastique. Les matériaux composites à base de PVAc ont été fabriqués de manière significative par les industries de l’émulsifiant de résine, de l’adhésif, du papier, de la peinture et du textile en raison de la caractéristique et du substrat renforcés à haute adhérence, ressemblant à un film, inodores et ininflammables pour la production de PVA. L’incorporation de divers additifs métalliques dans des matrices polymères peut produire des composites à matrice polymère et améliorer ses propriétés pour des applications spécifiques.

Les composés de coordination ou complexes métalliques sont des ions métalliques entourés de ligands. Les ligands sont des anions ou des molécules qui peuvent donner des électrons dans les orbitales d de l’ion métallique et former une liaison. Des exemples de ligands courants sont l’ion chlorure, l’ion cyanure, l’ammoniac, l’éthylènediamine et l’éthylènediaminetétraacétateion (EDTA). Les ions métalliques qui forment des composés de coordination proviennent d’un groupe de métaux appelés métaux de transition. Ces métaux ont plus d’un état d’oxydation. Cette propriété permet aux métaux de transition d’agir comme des acides de Lewis. Le complexe métallique utilisé dans cet article est le chlorure de cobalt (III) chloro pentammine qui est un composé paramagnétique. Il se décompose lors d’un chauffage au-dessus de 150°C. Sa solubilité est de 0,4 g pour 100 mL à 25°C.

Dans cet article, un effort a été fait pour étudier l’effet de l’addition de Cl2 sur les propriétés structurelles et optiques de l’acétate de polyvinyle par des techniques de spectrométrie IRTF, XRD, SEM et UV-visible. Les résultats obtenus à partir de ces mesures ont été analysés et discutés.

2. Expérimental

2.1. Préparation du chlorure de Cobalt (III) Chloro Penta Amine Cl2

Le chlorure de cobalt (III) Chloro penta amine Cl2 a été préparé selon le mode opératoire rapporté dans la littérature.

1,7 g de chlorure d’ammonium NH4Cl a été complètement dissous dans ~ 10 mL d’ammoniac concentré NH3 dans un bécher de 400 mL. Sous agitation continue, on ajoute progressivement 3,3 g de chlorure de cobalt (II) Cocl 2 au mélange. Lorsque la suspension de couleur brune a été obtenue, 2,7 mL de peroxyde d’hydrogène H2O2 à 30% ont été ajoutés lentement. Après l’arrêt de l’effervescence, on ajoute lentement ~ 10 mL d’acide chlorhydrique concentré HCl. Sous agitation continue, le mélange est chauffé sur une plaque chauffante et maintenu à 85 ° C pendant 20 minutes, puis le mélange est refroidi à température ambiante dans un bain de glace et un filtre (à l’aide d’un entonnoir Buchner). Les cristaux de Cl2 sont lavés avec 5-6 fois, des portions de 5 mL d’eau glacée (eau distillée refroidie dans de la glace) puis 5-6 fois, des portions de 5 mL d’éthanol C2H6O.Tous les produits chimiques utilisés dans la préparation du chlorure de cobalt (III) chloro penta amine ont été achetés auprès de Sigma-Aldrich

2.2. Préparation de l’échantillon

Du Poly (acétate de vinyle) (PVAc) de poids moléculaire 100 000 a été acheté à Aldrich. Les films composites PVAc/ Cl2 ont été fabriqués par la technique de coulée au solvant. Une première émulsion de PVAc à l’aide d’eau distillée a été agitée pendant 10 h. Les fractions pondérales nécessaires de Cl 2 ont d’abord été dispersées dans de l’eau distillée avec un agitateur magnétique pendant 1 h, puis ajoutées progressivement à l’émulsion polymère sous agitation continue et maintenues sous ficelle pendant 2 h. Enfin, la solution a été versée sur des boîtes de Pétri nettoyées et laissée s’évaporer lentement à température ambiante pendant une semaine. Après séchage, les films ont été pelés des boîtes de Pétri et conservés dans des dessiccateurs sous vide jusqu’à utilisation. L’épaisseur des films obtenus était comprise entre ≈120 et 150 µm.

Des scans de diffraction des rayons X ont été obtenus à l’aide du diffractomètre DX-2700 utilisant un rayonnement Cu Ka (= 1,5406 Å) fonctionnant à 40 kV et 30 mA, pris dans la plage de 5-50°. Les mesures ont été effectuées à température ambiante. L’intensité diffractée en fonction de l’ange de réflexion a été tracée automatiquement par le diffractomètre à rayons X. Les différents pics obtenus dans le diagramme de diffraction ont donné des informations sur la taille et l’espacement interplanaire du composé. L’IRTF a été enregistrée sur le spectrophotomètre infrarouge à transformée de Fourier Shimadzu, modèle IR-Prestige 21, à l’aide de pastilles KBr. Les spectres FT-IR des échantillons ont été obtenus dans la gamme spectrale de (4000-400) cm−1. Les spectres d’absorption ultraviolet-visible (UV-VIS) ont été mesurés dans la région de longueur d’onde de 190-800 nm à l’aide du spectrophotomètre à double faisceau UV-1800 Shimadzu. La morphologie des films a été caractérisée par microscope électronique à balayage utilisant Bruker Nano GmbH, Allemagne, fonctionnant à une tension d’accélération de 5 kV.

3. Résultats et discussion

3.1. Diffraction des rayons X (DRX)

Un diagramme de DRX typique pour Cl2 est illustré à la figure 1. On peut voir que de nombreux pics pointus ont été observés dans le profil des rayons X. La nature cristalline du Cl2 synthétisé a été observée par les différents pics cristallins pointus du motif XRD. Il montre des pics de diffraction à 15,8313, 25,6011, 32,6249 et 34,8279 correspondant au (011), (221), (122), et (040) plans Cl2 qui pourraient être indexés sur une structure orthorhombique qui étaient compatibles avec les données de la littérature de Materials Data, Inc. . La taille moyenne des particules peut être calculée en utilisant la première approximation de sphère de la formule de Debye-Scherrer :où est le diamètre moyen des cristaux, la longueur d’onde du rayonnement X et la largeur totale à la moitié de l’intensité maximale du pic (FWHM). La granulométrie obtenue de Cl2 est de 28,75 nm. Le paramètre structurel tel que l’angle de diffraction (deg.), interplanaire (Å), intensité relative et pleine largeur à la moitié du maximum FWHM (deg.) sont dans le tableau 1.

Matériau (deg.) (Å) FWHM (deg.)
Co (NH3) 5ClCl2 15.7313 5.59343 100 0.2763
25.6011 3.47674 60 0.2046
33.4837 2.6741 36 0.2359
34.7279 2.5739 43 0.2143
Tableau 1
Angle de diffraction (deg.), interplanaire (Å), intensité relative () et pleine largeur à la moitié du maximum FWHM (deg.).

Figure 1
Modèle XRD pour la poudre Cl2.

Les PVAc sont des polymères semi-cristallins comme l’indiquent leurs motifs XRD illustrés à la figure 2(a). La nature cristalline du PVAc est soulignée par les pics de diffraction à =19,54°, 40,54°, avec un épaulement creux à =23° représentant la phase amorphe dans le PVAc.

( a)
(a)
( d)
(d)
( c)
(c)
( d)
(d)

( a)
(a)  (b)
(b)  (c)
(c)  (d)
(d)

Figure 2
Modèle XRD pour film composite PVAc / Cl2 avec différentes concentrations: (a) PVAc pur, (b) 3 poids.% (c) 6 poids.%, et (d) 9 poids.%.

Le groupe fonctionnel présent dans la structure du PVAc a un rôle dans l’augmentation de la perturbation des dorsales carbonées, ce qui entraîne l’apparition de phases cristallines dans le PVAc, comme le montre la figure 2 (a) du modèle XRD. Les figures 2(b), 2(c) et 2(d) expliquent le diagramme XRD de PVAc/3, PVAc/6 et PVAc/9 wt.%Cl2, respectivement. On voit que l’intensité du pic essentiel de PVAc a diminué et que la largeur de bande a augmenté avec l’augmentation des concentrations de Cl2. Le pic essentiel du PVAc représente la région cristalline du PVAc, de sorte que la réduction de l’intensité et l’élargissement de ce pic se réfèrent à des diminutions de cristallinité et à des augmentations d’amorphousicité. Ce comportement démontre une complexation entre la charge et les polymères dans la région amorphe. Le comportement du composite PVAc / Cl2 est en accord avec PVAc / Pb3O4 et PVAc / TiO2. Avec 9 poids.% de concentration les pics appartiennent au Cl2 observé avec une intensité plus faible car la structure du Cl2 est recouverte de PVAc après formation de composites, ce qui est d’accord avec (Roy et al. 2013) . Les polymères à structure tridimensionnelle, tels que le poly (acétate de vinyle) (PVAc) ont des pores rigides, qui fixent une limite supérieure pour la croissance additive à l’intérieur d’une telle matrice polymère.

La taille des particules de Cl2 a été trouvée selon le plan de direction préféré (011) pour PVAc/6 wt.% et 9 poids.% de film de composites Cl2 qui sont respectivement d’environ 22,06 nm et 23,50 nm.

3.2. La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF)

Les spectres IRTF de Cl2 montrent des pics à 3278, 1620, 1307, 840 et 486 cm−1 qui correspondent respectivement aux vibrations d’étirement de NH3, aux vibrations de déformation de dégénérescence du ligand NH3, aux vibrations de déformation symétrique de NH3, aux vibrations de basculement de NH3 et aux vibrations d’étirement de Co–NH3; le pic de Co–Cl est également apparu vers 840 cm−1. La caractérisation de la FTIR est en accord avec Najar et Majid (2013) qui ont étudié le Cl2. Le seul groupe fonctionnel de Cl2 est N-H qui doit être d’environ 3100-3500 cm-1. La figure 3 représente le spectre IRTF de Cl2; le N-H est compris entre 3161,34 et 3279,1 cm-1.

Figure 3
Graphique FTIR de Cl2.

Le seul groupe fonctionnel de PVAc est C = O. La figure 4 (a) représente le spectre IRTF pour PVAc, C = O est apparu vers 1728,22 cm−1, également C–O–C est apparu vers 1246 cm−1, tandis que C–H est apparu vers 2935,66 cm−1. Il convient de noter que la bande d’absorption proche de 3400 cm−1 est due aux groupes O–H. Les figures 4(b), 4(c) et 4(d) montrent que les pics d’absorption du PVAc sont décalés avec l’ajout de Cl2. Le déplacement donne un aperçu d’une interaction du Cl2 dans la matrice polymère. Avec l’augmentation de la concentration de Cl2, les pics d’absorption IR sont augmentés en raison d’une vibration d’étirement décalée vers un nombre d’ondes plus élevé, les bandes d’absorption appartenant à Cl2 deviennent plus nettes, tandis que l’intensité des bandes d’absorption PVAc est diminuée indiquant une présence évidente de Cl2. L’apparition de la bande d’absorption autour de 1728 cm-1 pour les échantillons 3, 6 et 9 wt.%Cl2 confirme la présence de PVAc dans les échantillons. Avec 3 poids.% de Cl2, le N–H est caché derrière la pointe arrondie O–H tandis qu’à des concentrations plus élevées, le N–H apparaît comme une pointe pointue.

( a)
(a)
( d)
(d)
( c)
(c)
( d)
(d)

( a)
(a)  (b)
(b)  (c)
(c)  (d)
(d)

Figure 4
Graphique FTIR de films composites PVAc/ Cl2 à différentes concentrations: (a) PVAc pur, (b) 3 poids.% (c) 6 poids.%, et (d) 9 poids.%.

3.3. Microscope électronique à balayage (MEB)

Les figures 5(a), 5(b), 5(c) et 5(d) montrent les photographies MEB de PVAc, PVAc/3 wt.% de Cl2, PVAc /6 en poids.% de Cl2 et PVAc/9 en poids.% de films composites Cl2, respectivement. Sur la figure 5(a), des grains de PVAc brillants non dissous sont apparus. D’autres taches de rugosité différente observées sur les images rétrodiffusées des figures 5(b), 5(c) et 5(d) semblent être des agglomérats de particules de Cl2, qui augmentent avec l’augmentation de la concentration en Cl2. Les diamètres moyens de ces particules agglomérées (grains) sont de l’ordre de 0,885, 1,83 et 2.114 µm pour PVAc/3, PVAc/6 et PVAc/9 en poids.% de films composites Cl2, respectivement. Le changement suggère que les molécules de PVAc peuvent être dispersées en phase de segment mou avec peu d’influence sur la séparation des microphases et le mélange des segments durs et mous. Le degré de rugosité de la surface du film augmente avec l’augmentation de la teneur en Cl2. Cela indique une ségrégation de la charge dans la matrice hôte, ce qui peut confirmer l’interaction et la complexation entre l’additif et le polymère et peut également faire référence à la croissance de particules de Cl2 dans la matrice PVAc.

( a)
(a)
( d)
(d)
( c)
(c)
( d)
(d)

( a)
(a)  (b)
(b)  (c)
(c)  (d)
(d)

Figure 5
Photographies SEM pour les films composites PVAc/ Cl2 avec différentes concentrations de Cl2: (a) 0 poids.%, (b) 3 poids.%, (c) 6 poids.%, et (d) 9 poids.%.

3.4. Spectres UV-VIS

Les spectres d’absorbance pour les films dopés PVAc/Cl2 sont représentés à la figure 6. Comme indiqué à la figure 6, le Cl2 améliore l’absorbance de l’hôte PVAc. Les spectres d’absorption UV-visible des films composites PVAc et PVAc/Cl2 sont réalisés à température ambiante. Les dépendances spectrales prétendues des fonctions optiques montrent sans ambiguïté que le rôle principal dans les spectres observés joue l’élargissement électron-phonon. Le diagramme d’absorption optique UV du PVAc présente une bande d’absorption semblable à un épaulement à environ = 260 nm. Cette bande est attribuée au groupe carbonyle. On observe que la longueur d’onde correspondent à la bande d’absorption comme l’épaule augmente avec l’augmentation de la teneur en Cl2 ; cette augmentation a été attribuée aux inhomogénéités structurelles mineures présentes dans le PVAc qui sont dues à la croissance de Cl2 à l’intérieur de la matrice polymérique. Comme les films composites présentent un comportement de décalage vers le rouge, ces décalages indiquent la complexation entre le Cl2 et le PVAc et peuvent également être dus à un changement de cristallinité avec présence d’additif. Ces résultats ont été confirmés par les résultats XRD. À partir de la figure 6, une petite bande d’absorption à environ 500 nm a été observée. La formation de nouveaux pics pour les échantillons et l’élargissement de ces pics avec l’augmentation de Cl2 indiquent une interaction considérable entre l’additif et le polymère hôte. La figure 6 montre également que l’absorbance augmente en ajoutant différents pourcentages pondéraux de Cl2; ceci est lié à l’absorbance de Cl2 ou, en d’autres termes, l’absorbance augmente avec les pourcentages de particules absorbées. L’absorption à n’importe quelle longueur d’onde dépend du nombre de particules le long du bain de la lumière incidente (c’est-à-dire qu’elle dépend de la concentration en Cl2) et de la longueur du chemin optique traversant. Ces résultats ont un bon accord avec Abdelaziz.

Figure 6
Absorption optique en fonction de la longueur d’onde pour le PVAc avec 0, 3, 6 et 9 wt.% de concentration de Cl2 à température ambiante.

Le coefficient d’absorption est défini comme la capacité d’un matériau à absorber la lumière d’une longueur d’onde donnée. Le coefficient d’absorption a été calculé à partir de l’absorbance optique par la relation suivante :La figure 7 montre la variation du coefficient d’absorption avec l’énergie des photons pour PVAc/0, PVAc/3, PVAc/6 et PVAc/9 en poids.% de films composites Cl2. Il est clair que le coefficient d’absorption augmente avec la concentration en Cl2; cela peut être attribué à l’augmentation de l’absorbance. La figure 7 montre également la dépendance du coefficient d’absorption à l’énergie des photons incidents, indiquée à partir de la faible valeur du coefficient d’absorption avec une faible valeur de l’énergie des photons et vice versa, ce qui signifie que la possibilité de transition électronique augmente avec l’énergie des photons.

Figure 7
Le coefficient d’absorption pour le PVAc avec 0, 3, 6 et 9 wt. Concentration en % de composites Cl2 par rapport à l’énergie des photons.

À partir du coefficient d’absorption des résultats précédents, la transition électronique de PVAc / Cl2 est indirecte. Un bon ajustement linéaire est obtenu pour et par rapport, comme le montrent les figures 8 et 9, respectivement. Les valeurs respectives de sont obtenues en extrapolant à et pour la transition indirecte autorisée et la transition indirecte interdite, respectivement. Le contenu est responsable de la formation de certains défauts dans les films. Ces défauts produisent les états localisés dans la bande interdite optique et le chevauchement. Ces chevauchements montrent une diminution de la bande interdite d’énergie lorsque la teneur en Cl2 est augmentée dans la matrice polymérique comme le montrent les figures 8 et 9. En d’autres termes, la diminution de l’écart optique reflète l’augmentation du degré de désordre dans les films PVAc. Abdelaziz et Ghannam ont observé des résultats similaires, respectivement. Ou cela peut être attribué à la complexation additive avec la matrice polymère. Ces résultats concordent avec les observations FTIR, SEM et XRD.

Figure 8
par rapport à l’énergie photonique de PVAc/ 0, PVAc/ 3, PVAc/ 6 et PVAc/9 en poids.% de composites Cl2.

Figure 9
par rapport à l’énergie photonique de PVAc/ 0, PVAc/ 3, PVAc/ 6 et PVAc/9 en poids.% de composites Cl2.

La figure 10 montre les valeurs de l’écart d’énergie pour la transition indirecte (autorisée et interdite) pour (PVAc/ 0, PVAc/ 3, PVAc/ 6 et PVAc/9 wt.%Cl2) composites.

Figure 10
Écart énergétique de PVAc/ 0, PVAc/ 3, PVAc/ 6 et PVAc/9 en poids.% de composites Cl2 par rapport à la concentration de Cl2.

Le coefficient d’extinction a été calculé à l’aide de l’équation suivante: La dépendance du coefficient d’extinction à la longueur d’onde comprise entre 190 et 800 nm des échantillons composites PVAc / Cl2 est illustrée à la figure 11. Il est clair que le coefficient d’extinction pour l’échantillon PVAc pur montre une diminution des valeurs de toutes les longueurs d’onde (190-800) nm, alors qu’il augmente pour PVAc / 0, PVAc / 3, PVAc / 6 et PVAc / 9 en poids.% de Cl2 dans la longueur d’onde de 400 nm à 800 nm. Le coefficient d’extinction a été augmenté pour les films PVAc avec l’augmentation de la concentration en Cl2; cela est dû à l’augmentation du coefficient d’absorption.

Figure 11
Coefficient d’extinction de PVAc/0, PVAc/3, PVAc/6 et PVAc/9 en poids.% de composites Cl2 par rapport à la longueur d’onde.

L’indice de réfraction est une propriété optique fondamentale des polymères directement liée à d’autres propriétés optiques, électriques et magnétiques et présente également un intérêt pour ceux qui étudient les propriétés physiques, chimiques et moléculaires des polymères par des techniques optiques. L’indice de réfraction est calculé par où est la réflectance qui est obtenue à partir des spectres d’absorption et de transmission conformément à la loi de conservation de l’énergie. La figure 12 représente l’indice de réfraction pour PVAc/0, PVAc/3, PVAc/6 et PVAc/9 en poids.% de films composites Cl2 dans la gamme de longueurs d’onde étudiée. L’inspection de la figure 12 indique pour toutes les compositions que l’indice de réfraction diminue avec l’augmentation de la longueur d’onde. La figure montre que l’indice de réfraction augmente en raison de l’augmentation du pourcentage de Cl2 qui est due à l’augmentation de la densité des films composites en raison de la teneur en Cl2. Dans la littérature, la relation entre l’indice de réfraction et la densité de masse est décrite comme linéaire. L’augmentation de l’indice de réfraction avec la concentration en Cl2 résulte de l’augmentation du nombre de réfractions atomiques due à l’augmentation de la polarisabilité linéaire qui est d’accord avec la formule de Lorentz-Lorentz.

Figure 12
Indice de réfraction de PVAc/ 0, PVAc/3, PVAc/6 et PVAc/9 wt.% de composites Cl2 par rapport à la longueur d’onde.

La constante diélectrique est définie comme la réponse du matériau au champ électromagnétique incident. La constante diélectrique de () est donnée par l’équation suivante: où () et () sont les parties réelle et imaginaire de la constante diélectrique, respectivement, qui peuvent être obtenues par les équations suivantes: La dépendance de la partie réelle sur la longueur d’onde est illustrée à la figure 13 pour PVAc / 0, PVAc / 3, PVAc / 6 et PVAc / 9 wt.% de Cl2. On remarque, à partir de cette figure, que la partie réelle dépend de l’indice de réfraction car l’effet du coefficient d’extinction est très faible donc, il pourrait s’annuler. La partie réelle de la constante diélectrique augmente avec la concentration en Cl2 et le sommet des courbes se déplace vers des longueurs d’onde plus élevées avec un pourcentage croissant de Cl2, ce qui peut être attribué à la dépendance de la partie réelle de la constante diélectrique sur l’indice de réfraction. La partie imaginaire de la constante diélectrique en fonction de la longueur d’onde est représentée sur la figure 14. Il est clair que la partie imaginaire dépend du coefficient d’extinction en particulier dans la plage de longueur d’onde autour de (390-800) où l’indice de réfraction reste presque constant tandis que le coefficient d’extinction augmente avec la longueur d’onde.

Figure 13
Partie réelle de la constante diélectrique de PVAc/ 0, PVAc/ 3, PVAc/ 6 et PVAc/9 en poids.% de composites Cl2 par rapport à la longueur d’onde.

Figure 14
Partie imaginaire de la constante diélectrique de PVAc/0, PVAc/3, PVAc/6 et PVAc/9 en poids.% de composites Cl2 par rapport à la longueur d’onde.

Le coefficient d’absorption et l’indice de réfraction ont été utilisés pour obtenir la conductivité optique (), par la relation suivante :où est la vitesse de la lumière dans l’espace. La figure 15 montre la variation de la conductivité optique de PVAc/0, PVAc/3, PVAc/6 et PVAc/9 en poids.% de films composites Cl2, en fonction de l’énergie des photons. La conductivité du PVA pur est presque constante jusqu’à environ 5,2 eV d’énergie photonique, après quoi elle augmente avec l’augmentation de l’énergie photonique. La concentration en Cl2 a provoqué l’augmentation de la conductivité optique, qui est due à une forte absorbance des films composites polymères. L’augmentation de la conductance optique et la diminution de l’énergie de bande interdite du PVAc / Cl2 avec l’augmentation de la concentration en Cl2 peuvent être attribuées à l’augmentation du nombre de porteurs de charge mobiles et également à l’augmentation de la nature amorphe du polymère hôte. Ces résultats concordent avec ceux d’Al-Taa’y et al. .

Figure 15
La conductivité optique PVAc/ 0, PVAc/3, PVAc/6 et PVAc/9 en poids.% de films composites Cl2 en fonction de l’énergie des photons.

4. Conclusions

Des films polymères à base de PVAc avec différentes concentrations de Cl2 ont été préparés en utilisant la technique de coulée au solvant. XRD a dénoncé le fait que le Cl2 synthétisé était indexé sur une structure orthorhombique. La formation d’une interaction et d’une complexation intermoléculaires entre le PVAc et le Cl2 a été confirmée par XRD, FTIR, SEM et UV. Les résultats UV ont indiqué que le Cl2 peut améliorer efficacement les propriétés optiques du PVAc. Le coefficient d’absorption augmente avec l’augmentation du pourcentage pondéral de l’additif. L’augmentation de la conductance optique et la diminution de la bande interdite d’énergie de la matrice hôte polymère avec l’augmentation de la concentration en Cl2 ont été attribuées à l’augmentation du nombre de porteurs de charge mobiles et également à l’augmentation de la nature amorphe de la matrice hôte polymère. Les constantes optiques telles que les coefficients d’extinction, l’indice de réfraction, les constantes diélectriques réelles et imaginaires et la conductance optique dépendent de la concentration de Cl2 dans le film de polymère. PVAc /9 poids. Les films composites %Cl2 présentent les meilleures propriétés optiques. Ce type de composites pourrait être un candidat approprié pour les cellules photovoltaïques, bien que d’autres études et améliorations soient souhaitées. De plus, ces travaux confirment que l’indice de réfraction et l’écart d’énergie sont fortement corrélés.

En résumé, les mesures des propriétés optiques indiquent que le Cl2 est un additif utile pour augmenter simultanément l’absorbance et la conductivité optique du PVAc. En conséquence, le film composite PVAc / Cl2 présente des changements spectaculaires dans les propriétés optiques qui l’aident dans la fabrication de dispositifs optiques.

Conflit d’intérêts

Les auteurs déclarent qu’il n’y a pas de conflit d’intérêts concernant la publication de cet article.

Remerciements

Les auteurs remercient chaleureusement le Dr Nadher Najem pour ses discussions utiles au cours de l’élaboration de ce travail; ils souhaitent également exprimer leur profonde gratitude au Dr Mohammed Hadi pour son aide utile dans la mesure de la DRX.

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