przygotowanie chlorku Chloro Penta Amine Cobalt(III) i badanie jego wpływu na strukturalne i niektóre właściwości optyczne polioctanu winylu

Streszczenie

Chloro Penta amine cobalt(III) cloride Cl2 przygotowano, a następnie scharakteryzowano spektroskopią podczerwieni z transformacją Fouriera i dyfrakcją rentgenowską. Uzyskane wyniki wskazywały na powstawanie ortombicznych nanocząstek Cl2 o wielkości ≈28,75 nm. Otrzymano folie polimerowe na bazie polioctanu winylu (PVAc) domieszkowanego klorydem chloro-Penta-aminy kobaltu(III) Cl2 w różnych proporcjach wagowych, stosując technikę odlewania rozpuszczalnikowego. Kompleksowanie dodatku z polimerem zostało potwierdzone w badaniach FTIR i SEM. Wzór Xrd ujawnił, że amorficzność polimerowej matrycy PVAc wzrosła wraz ze wzrostem zawartości Cl2. Parametry takie jak współczynnik ekstynkcji, współczynnik załamania światła, części rzeczywiste i urojone oraz przewodność optyczna zostały zbadane za pomocą absorbancji i pomiarów z komputerowego spektrofotometru widzialnego UV w zakresie spektralnym 190-800 nm. Badanie to wykazało, że właściwości optyczne PVAc zostały naruszone przez domieszkowanie Cl2, gdzie absorpcja wzrosła przez wyrównanie stężenia Cl2. Określono charakter elektronicznego przejścia od pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa, a przerwy w pasmie energetycznym próbek folii kompozytowych oszacowano za pomocą widma widzialnego UV. Zaobserwowano, że przewodnictwo optyczne zwiększało się wraz z energią fotonu i wraz ze wzrostem stężenia Cl2.

1. Wprowadzenie

polimery mogą wykazywać różne właściwości mechaniczne, elektryczne i optyczne w zależności od warunków syntezy i właściwości chemicznych szkieletu . Jeśli polimer jest wystawiony na działanie światła ultrafioletowego, jego właściwości chemiczne, takie jak rozpuszczalność, polimeru w odsłoniętym obszarze są zmieniane. Fotolitografia, która jest dobrze znanym procesem w elektronice, wykorzystuje tę zasadę .

polimery są używane w niesamowitej liczbie zastosowań. Ostatnio nastąpił znaczący rozwój w dziedzinie elastycznych urządzeń elektronicznych opartych na użytecznych właściwościach piezoelektrycznych, półprzewodnikowych, optycznych i elektrooptycznych w niektórych polimerach .

materiały polimerowe mają szczególne znaczenie, ponieważ w połączeniu z odpowiednimi solami metali dają kompleksy, które są przydatne do rozwoju zaawansowanych wysokoenergetycznych urządzeń elektrochemicznych, na przykład baterii, ogniw paliwowych, elektrochemicznych urządzeń wyświetlających i fotoelektrochemicznych ogniw z łatwością wytwarzania do pożądanych rozmiarów . Również polimery mają unikalne właściwości, takie jak lekkość, wysoka elastyczność i zdolność do wytwarzania w niskiej temperaturze i niskich kosztach . Komunikacja optyczna, w tym polimerowe włókna optyczne, falowody optyczne i złącza optyczne ze względu na łatwość przetwarzania, stosunkowo niski koszt i masową produkcję, jest porównywana z materiałami optycznymi na bazie krzemionki. Mają również potencjalne zalety w zastosowaniach w optycznych systemach przechowywania, takich jak wysoka stabilność termiczna, niska utrata absorpcji i zdolność zmiany współczynnika załamania światła po ekspozycji na światło . Właściwości elektryczne i optyczne polimerów przyciągnęły dużą uwagę ze względu na ich zastosowanie w urządzeniach optycznych o niezwykłych właściwościach odbicia, antyrefleksyjnych, interferencyjnych i polaryzacyjnych .

komercyjne polimery winylowe, takie jak PVAc (C4H6O2)n, są intensywnie badane ze względu na ich szerokie zastosowanie w przemyśle. Polioctan winylu jest polimerem termoplastycznym. Materiały kompozytowe na bazie PVAc zostały znacznie wyprodukowane przez emulgator żywicy, klej, papier, farba i Przemysł tekstylny dzięki wzmocnionym wiązaniom, przypominającym folię, bezwonnym i niepalnym właściwościom i substratom do produkcji PVA . Włączenie różnych dodatków metalicznych do matryc polimerowych może wytwarzać kompozyty polimerowo-matrycowe i poprawia ich właściwości do konkretnych zastosowań .

związki koordynacyjne lub kompleksy metali to jony metali otoczone ligandami. Ligandy są anionami lub cząsteczkami, które mogą przekazywać elektrony do orbitali d jonu metalu i tworzyć Wiązanie. Przykładami popularnych ligandów są jon chlorkowy, jon cyjankowy, amoniak, etylenodiamina i etylenodiaminotetraoctateion (EDTA). Jony metali, które tworzą związki koordynacyjne, pochodzą z grupy metali znanych jako metale przejściowe. Metale te mają więcej niż jeden stan utleniania. Ta właściwość pozwala metalom przejściowym działać jako kwasy Lewisa . Kompleks metalowy stosowany w tym papierze to chlorek chloro-pentaminy kobaltu (III), który jest związkiem paramagnetycznym . Rozkłada się po podgrzaniu powyżej 150°C. jego rozpuszczalność wynosi 0,4 g na 100 mL w temperaturze 25°C.

w niniejszym artykule podjęto wysiłki w celu zbadania wpływu dodatku Cl2 na właściwości strukturalne i optyczne polioctanu winylu za pomocą technik spektrometru FTIR, XRD, SEM i UV. Wyniki uzyskane z tych pomiarów zostały przeanalizowane i omówione.

2. Eksperymentalne

2.1. Preparat chlorku Chloro Penta Amine Cobalt(III) Cl2

chlorku Chloro Penta amine cobalt (III) Cl2 otrzymano według procedury opisanej w literaturze .

1,7 g chlorku amonu NH4Cl całkowicie rozpuszczono w ~10 mL stężonego amoniaku NH3 w zlewce o pojemności 400 mL. Przy ciągłym mieszaniu stopniowo dodawano do mieszaniny 3,3 g chlorku kobaltu (II) CoCl2. Po uzyskaniu zawiesiny koloru brązowego dodano powoli 2,7 mL 30% nadtlenku wodoru H2O2. Po zatrzymaniu musowania dodawano powoli ~ 10 mL stężonego kwasu solnego HCl. Przy ciągłym mieszaniu mieszaninę ogrzewa się na gorącej płycie i utrzymuje w temperaturze 85°C przez 20 minut, a następnie mieszaninę ochładza się do temperatury pokojowej w łaźni lodowej i filtruje (za pomocą lejka Buchnera). Kryształy Cl2 przemywa się 5-6 razy, 5 mL Porcji wody lodowej (woda destylowana chłodzona lodem), a następnie 5-6 razy, 5 mL Porcji etanolu C2H6O. wszystkie chemikalia używane do wytwarzania chlorku chloro Penta amine cobalt(III) zakupiono od Sigma-Aldrich

2.2. Przygotowanie próbki

Poli (octan winylu) (PVAc) o masie cząsteczkowej 100 000 zostało zakupione od Aldrich. Folie kompozytowe PVAc / Cl2 zostały wykonane techniką odlewania rozpuszczalnikowego. Początkowo emulsję PVAc z użyciem wody destylowanej mieszano przez 10 godzin. niezbędne frakcje wagowe Cl2 najpierw rozpraszano w wodzie destylowanej za pomocą mieszadła magnetycznego przez 1 godzinę, a następnie dodawano stopniowo do emulsji polimerowej z ciągłym mieszaniem i trzymano pod sznurkiem przez 2 godziny. Ostatecznie roztwór wylano na oczyszczone naczynia Petriego i pozostawiono do powolnego parowania w temperaturze pokojowej przez tydzień. Po wysuszeniu folie zostały obrane z szalek Petriego i trzymane w osuszaczach próżniowych do czasu użycia. Grubość otrzymanych folii mieściła się w zakresie ≈120-150 µm.

rentgenowskie skany dyfrakcyjne uzyskano za pomocą dyfraktometru DX-2700 z wykorzystaniem promieniowania cu Ka ( = 1,5406 Å) pracującego przy 40 kV i 30 mA, w zakresie 5-50°. Pomiary przeprowadzono w temperaturze pokojowej. Natężenie dyfrakcji jako funkcja Anioła odbicia było wykreślane automatycznie przez dyfraktometr rentgenowski. Różne piki uzyskane we wzorze dyfrakcyjnym dały informację o wielkości i odstępie międzyplanarnym związku. FTIR został zarejestrowany na Spektrofotometrze podczerwieni z transformacją Fouriera, Shimadzu, model IR-Prestige 21, przy użyciu granulek KBr. Widma FT-IR próbek uzyskano w zakresie widmowym (4000-400) cm−1. Widmo absorpcji widzialne w ultrafiolecie (UV-VIS) mierzono w zakresie długości fali 190-800 nm za pomocą spektrofotometru z podwójną wiązką UV-1800 Shimadzu. Morfologię filmów charakteryzował skaningowy mikroskop elektronowy z wykorzystaniem firmy Bruker Nano GmbH, Niemcy, pracujący przy napięciu przyspieszającym 5 kV.

3. Wyniki i dyskusja

3.1. Dyfrakcja rentgenowska (XRD)

typowy wzór XRD dla Cl2 przedstawiono na fig. 1. Można zauważyć, że w profilu rentgenowskim zaobserwowano wiele ostrych szczytów. Krystaliczna natura zsyntetyzowanego Cl2 była obserwowana przez różne ostre piki krystaliczne we wzorze XRD. Pokazuje piki dyfrakcyjne w 15.8313, 25.6011, 32.6249 i 34.8279 odpowiadające (011), (221), (122), i (040) samoloty Cl2, które mogły być indeksowane do struktury orthorhombic, które były zgodne z danymi literaturowymi Materials Data, Inc. . Średnią wielkość cząstek można obliczyć za pomocą aproksymacji pierwszej sfery wzoru Debye ’ a-Scherrera :gdzie jest średnią średnicą kryształów, jest długością fali promieniowania rentgenowskiego i jest pełną szerokością przy połowie maksymalnej intensywności piku (FWHM). Otrzymana wielkość cząstek Cl2 wynosi 28,75 nm. Parametr strukturalny, taki jak kąt dyfrakcji (deg.), międzyplanar (Å), intensywność względna i pełna szerokość przy połowie maksymalnej FWHM (deg.) są w tabeli 1.

Rysunek 1

wzór Xrd dla proszku Cl2.

PVAc są polimerami semikrystalicznymi, jak wskazano na ich wzorach Xrd zilustrowanych na fig. 2 (a). Krystaliczna natura PVAc jest podkreślona przez piki dyfrakcyjne przy = 19,54°, 40,54°, z Zadusznym ramieniem przy = 23° reprezentującym fazę amorficzną w PVAc .

(a)

(b)

(c)

(d)

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

Rysunek 2

wzór Xrd dla folii kompozytów PVAc/Cl2 o różnych stężeniach: (a) czysty PVAc, (b) 3 wt.% (c) 6 wag.% , oraz d) 9 wt.%.

grupa funkcyjna obecna w strukturze PVAc odgrywa rolę w zwiększaniu zakłóceń węglowych, w wyniku czego powstają fazy krystaliczne w PVAc, jak pokazano na rysunku Xrd rysunek 2(A). Na rysunkach 2(B), 2(c) i 2(d) przedstawiono wzór XRD PVAc/3, PVAc/6 i PVAc/9 wt.% Cl2, odpowiednio. Można zauważyć, że intensywność niezbędnego piku PVAc zmniejszyła się, a szerokość pasma zwiększała się wraz ze wzrostem stężenia Cl2. Podstawowy pik PVAc reprezentuje region krystaliczny w PVAc, więc zmniejszenie intensywności i poszerzenie tego piku odnosi się do spadku krystaliczności i wzrostu amorficzności. To zachowanie demonstruje kompleksację między wypełniaczem a polimerami w regionie amorficznym . Zachowanie kompozytu PVAc / Cl2 jest zgodne z PVAc / Pb3o4 i PVAc/TiO2 . Z 9 wt. stężenie % piki należą do Cl2 obserwowane z mniejszą intensywnością, ponieważ struktura Cl2 jest ograniczona PVAc po utworzeniu kompozytów, co zgadza się z (Roy et al. 2013) . Polimery o trójwymiarowej strukturze, takie jak Poli (octan winylu) (PVAc) mają sztywne pory, które wyznaczają górną granicę wzrostu dodatku wewnątrz takiej matrycy polimerowej .

wielkość cząstek cząstek Cl2 ustalono zgodnie z preferowaną płaszczyzną kierunku (011) dla PVAc/6 wt.% i 9 wt.% folii kompozytów Cl2, które wynoszą odpowiednio około 22,06 nm i 23,50 nm.

3.2. Spektroskopia podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR)

widma FTIR Cl2 wykazują piki przy 3278, 1620, 1307, 840 i 486 cm−1, które odpowiadają odpowiednio drganiom rozciągającym NH3, drganiom degeneracyjnym ligandu NH3, symetrycznym drganiom odkształcającym NH3, drganiom kołyszącym NH3 i wibracjom rozciągającym Co–NH3; również szczyt Co–CL pojawił się około 840 cm−1. Charakterystyka FTIR uzgodniona z Najarem i Majidem (2013), którzy badali Cl2. Jedyną grupą funkcjonalną Cl2 jest N-H, która musi wynosić około 3100-3500 cm-1. Rysunek 3 przedstawia widmo FTIR Cl2; N-H znajduje się między 3161,34 a 3279,1 cm-1.

Rysunek 3

Wykres FTIR Cl2.

jedyną grupą funkcjonalną PVAc jest C=O. Rysunek 4(A) przedstawia widmo FTIR dla PVAc, C = O pojawiło się około 1728.22 cm−1 , również C–O–C pojawiło się około 1246 cm−1, Podczas Gdy C–H pojawiło się około 2935.66 cm−1 . Warto zauważyć, że pasmo absorpcji w pobliżu 3400 cm-1 wynika z grup O-H. Fig.4(b), 4(c) i 4(d) pokazują, że piki absorpcji PVAc są przesunięte wraz z dodaniem Cl2. Przesunięcie daje wgląd w interakcję Cl2 w matrycy polimerowej . Wraz ze wzrostem stężenia Cl2, szczyty absorpcji IR są zwiększane z powodu wibracji rozciągających przesuniętych w kierunku większej liczby fal , pasma absorpcji, które należą do Cl2, stają się ostrzejsze, podczas gdy intensywność pasm absorpcji PVAc jest zmniejszona, co wskazuje na oczywistą obecność Cl2. Wygląd pasma absorpcyjnego około 1728 cm-1 dla próbek 3, 6 i 9 wt.% Cl2 potwierdza obecność PVAc w próbkach . Z 3 wt.% Cl2, N-H jest ukryty za zaokrągloną końcówką O-H, podczas gdy w wyższych stężeniach N-H pojawia się jako ostra końcówka.

(a)

(b)

(c)

(d)

a)
(b)
(c)
(d)

Rysunek 4

Wykres FTIR folii kompozytów PVAc / Cl2 o różnych stężeniach: (a) czysty PVAc, (b) 3 wt.% (c) 6 wag.% , oraz d) 9 wt.%.

3.3. Skaningowy mikroskop elektronowy (sem)

rysunki 5(a), 5(b), 5(c) i 5(d) przedstawiają zdjęcia sem PVAc, PVAc/3 wt.% Cl2, PVAc/6 wt.% Cl2 i PVAc / 9 wt.% odpowiednio folii kompozytowych Cl2. Na fig. 5 (a) pojawiły się jasne nierozpuszczone ziarna PVAc. Inne plamy o różnym stopniu chropowatości obserwowane na obrazach z tyłu, pokazanych na fig.5(B), 5(c) i 5(d) wydają się być aglomeratami cząstek Cl2, które zwiększają się wraz ze wzrostem stężenia Cl2. Średnie średnice tych aglomerowanych cząstek (ziaren) wynoszą około 0,885, 1,83 i 2.114 µm dla PVAc/3, PVAc/6 i PVAc / 9 wt.% odpowiednio folii kompozytowych Cl2. Zmiana sugeruje, że cząsteczki PVAc mogą być rozproszone w fazie miękkiego segmentu z niewielkim wpływem na separację mikrofazy i mieszanie segmentów twardych i miękkich. Stopień chropowatości powierzchni folii wzrasta wraz ze wzrostem zawartości Cl2. Oznacza to segregację wypełniacza w macierzy gospodarza i może to potwierdzać interakcję i kompleksację między dodatkiem a polimerem, a także może odnosić się do wzrostu cząstek Cl2 w macierzy PVAc .

(a)

(b)

(c)

(d)

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

Rysunek 5

fotografie SEM dla folii kompozytowych PVAc/Cl2 o różnych stężeniach Cl2: (a) 0 wt.% , b) 3 wt.% , c) 6 wt.% , oraz d) 9 wt.%.

3.4. Widmo UV-VIS

widmo absorbancji dla folii domieszkowanych PVAc / Cl2 przedstawiono na fig. 6. Jak pokazano na fig. 6 Cl2 zwiększa absorbancję gospodarza PVAc. Widmo absorpcji folii PVAc i PVAc/Cl2 widoczne promieniami UV przeprowadza się w temperaturze pokojowej. Pozorna zależność spektralna funkcji optycznych jednoznacznie pokazuje, że zasadniczą rolę w obserwowanych widmach odgrywa poszerzenie elektronowo-fononowe. Optyczny wzór absorpcji UV PVAc wykazuje pasmo absorpcji, takie jak ramię przy około = 260 nm. Pasmo to przypisuje się grupie karbonylowej . Obserwuje się, że długość fali odpowiadająca zakresowi absorpcji, jak ramię, wzrasta wraz ze wzrostem zawartości Cl2; wzrost ten przypisano niewielkim strukturalnym niejednorodnościom obecnym w PVAc, które są spowodowane wzrostem Cl2 wewnątrz matrycy polimerowej. Ponieważ folie kompozytowe wykazują zachowanie przesunięcia ku czerwieni, przesunięcia te wskazują na kompleksację między Cl2 a PVAc i mogą być również spowodowane zmianą krystaliczności z obecnością dodatku . Wyniki te zostały potwierdzone wynikami XRD. Na fig. 6 zaobserwowano małe pasmo absorpcji przy około 500 nm. Tworzenie nowych pików dla próbek, a także poszerzanie tych pików wraz ze wzrostem Cl2 wskazują na znaczną interakcję między polimerem addytywnym a polimerem gospodarza . Również rysunek 6 pokazuje, że absorbancja wzrasta przez dodanie różnych procentowych wartości wagowych Cl2; jest to związane z absorbancją Cl2 lub innymi słowy, absorbancja wzrasta wraz z procentami pochłoniętych cząstek . Absorpcja przy dowolnej długości fali zależy od liczby cząstek wzdłuż kąpieli padającego światła (tj. zależy od stężenia Cl2) i od długości przechodzącej ścieżki optycznej . Wyniki te mają dobre porozumienie z Abdelazizem .

Rysunek 6

absorpcja optyczna jako funkcja długości fali dla PVAc z 0, 3, 6 i 9 wt.% stężenia Cl2 w temperaturze pokojowej.

współczynnik absorpcji definiuje się jako zdolność materiału do pochłaniania światła o danej długości fali. Współczynnik absorpcji obliczono na podstawie absorbancji optycznej w następujący sposób :Rysunek 7 przedstawia zmianę współczynnika absorpcji z energią fotonu dla PVAc/0, PVAc/3, PVAc/6 i PVAc / 9 wt.% folii kompozytowych Cl2. Oczywiste jest, że współczynnik absorpcji wzrasta wraz ze stężeniem Cl2; można to przypisać wzrostowi absorbancji . Rysunek 7 pokazuje również zależność współczynnika absorpcji od energii padającego fotonu, wskazanego z niskiej wartości współczynnika absorpcji przy niskiej wartości energii fotonu i odwrotnie, co oznacza, że możliwość przejścia elektronów wzrasta wraz z energią fotonu.

Rysunek 7

współczynnik absorpcji dla PVAc z 0, 3, 6 i 9 wt.% stężenia kompozytów Cl2 w stosunku do energii fotonów.

z poprzednich wyników współczynnika absorpcji wynika, że przejście elektronów PVAc/Cl2 jest pośrednie. Dobre dopasowanie liniowe uzyskuje się odpowiednio dla I przeciw, jak pokazano na fig.8 i 9. Odpowiednie wartości są uzyskiwane przez ekstrapolację odpowiednio do dozwolonego przejścia pośredniego i zabronionego przejścia pośredniego. Treść jest odpowiedzialna za powstawanie niektórych wad w filmach. Wady te wytwarzają Stany zlokalizowane w szczelinie pasma optycznego i pokrywają się. Nakładanie się tych warstw daje dowód na zmniejszenie odstępu między pasmami energetycznymi, gdy zawartość Cl2 jest zwiększona w matrycy polimerowej, jak pokazano na fig. 8 i 9. Innymi słowy, zmniejszenie luki optycznej odzwierciedla wzrost stopnia zaburzeń w filmach PVAc. Podobne wyniki zaobserwowano odpowiednio u abdelaziza i Ghannama. Lub można to przypisać addytywnej kompleksacji z matrycą polimerową . Wyniki te zgadzają się z obserwacjami FTIR, SEM i XRD.

Rysunek 8

przeciw energii fotonów PVAc/0, PVAc/3, PVAc/6 i PVAc / 9 wt.% kompozytów Cl2.

Rysunek 9

przeciw energii fotonów PVAc/0, PVAc/3, PVAc/6 i PVAc / 9 wt.% kompozytów Cl2.

Rysunek 10 Przedstawia wartości luki energetycznej dla przejścia pośredniego (dozwolonego i zabronionego) dla (PVAc/0, PVAc/3, PVAc/6 i PVAc/9 wt.% Cl2) kompozytów.

Rysunek 10

Luka energetyczna PVAc / 0, PVAc / 3, PVAc / 6 i PVAc/9 wt.% kompozytów Cl2 w stosunku do stężenia Cl2.

współczynnik ekstynkcji obliczono za pomocą następującego równania: zależność współczynnika ekstynkcji od długości fali w zakresie 190-800 nm próbek kompozytów PVAc/Cl2 przedstawiono na fig. Oczywiste jest, że współczynnik ekstynkcji dla czystej próbki PVAc wykazuje spadek wartości wszystkich długości fal (190-800) nm, podczas gdy wzrasta dla PVAc/0, PVAc/3, PVAc/6 i PVAc/9 wt.% Cl2 przy długości fali od 400 nm do 800 nm. Współczynnik ekstynkcji został zwiększony dla folii PVAc wraz ze wzrostem stężenia Cl2; wynika to ze wzrostu współczynnika absorpcji .

Rysunek 11

Współczynnik ekstynkcji PVAc / 0, PVAc/3, PVAc / 6 i PVAc/9 wt.% kompozytów Cl2 względem długości fali.

współczynnik załamania światła jest podstawową właściwością optyczną polimerów, która jest bezpośrednio związana z innymi właściwościami optycznymi, elektrycznymi i magnetycznymi, a także jest interesująca dla osób badających fizyczne, chemiczne i molekularne właściwości polimerów za pomocą technik optycznych . Współczynnik załamania światła jest obliczany przez Gdzie jest współczynnik odbicia, który jest uzyskiwany z widm absorpcyjnych i transmisyjnych zgodnie z prawem energetycznym. Fig. 12 przedstawia współczynnik załamania światła dla PVAc/0, PVAc/3, PVAc/6 i PVAc / 9 wt.% folii kompozytowych Cl2 w badanym zakresie długości fal. 12 wskazuje dla wszystkich kompozycji, że współczynnik załamania światła zmniejsza się wraz ze wzrostem długości fali. Rysunek pokazuje, że współczynnik załamania wzrasta w wyniku zwiększenia procentu Cl2, co wynika ze zwiększenia gęstości folii kompozytów w wyniku zawartości Cl2. W literaturze zależność między współczynnikiem załamania a gęstością masy jest opisana jako liniowa . Zwiększenie współczynnika załamania o stężenie Cl2 jest wynikiem zwiększenia liczby załamań atomowych w wyniku zwiększenia polaryzacji liniowej zgodnej ze wzorem Lorentza-Lorentza .

Rysunek 12

współczynnik załamania światła PVAc/0, PVAc/3, PVAc/6 i PVAc / 9 wt.% kompozytów Cl2 względem długości fali.

stała dielektryczna jest zdefiniowana jako reakcja materiału na padające pole elektromagnetyczne. Stała dielektryczna () jest dana za pomocą następującego równania :gdzie () i () są odpowiednio częściami rzeczywistymi i urojonymi stałej dielektrycznej, które można uzyskać za pomocą następujących równań :zależność części rzeczywistej od długości fali jest pokazana na fig.13 dla PVAc/0, PVAc/3, PVAc/6 i PVAc/9 wt.% Cl2. Z tej liczby można zauważyć, że część rzeczywista zależy od współczynnika załamania światła, ponieważ efekt współczynnika ekstynkcji jest bardzo mały, więc może się zmniejszać . Rzeczywista część stałej dielektrycznej wzrasta wraz ze stężeniem Cl2, a wierzchołek krzywych przesunięty jest do wyższych długości fal ze wzrostem procentu Cl2, co może być przypisane zależności rzeczywistej części stałej dielektrycznej od współczynnika załamania światła . Urojona część stałej dielektrycznej jako funkcja długości fali jest pokazana na fig. Jest oczywiste, że część urojona zależy od współczynnika ekstynkcji, zwłaszcza w zakresie długości fali wokół (390-800), gdzie współczynnik załamania pozostaje prawie stały, podczas gdy współczynnik ekstynkcji wzrasta wraz z długością fali .

rysunek 13

rzeczywista część stałej dielektrycznej PVAc/0, PVAc/3, PVAc/6 i PVAc / 9 wt.% kompozytów Cl2 względem długości fali.

Rysunek 14

część urojona stałej dielektrycznej PVAc/0, PVAc/3, PVAc/6 i PVAc / 9 wt.% kompozytów Cl2 względem długości fali.

do uzyskania przewodności optycznej wykorzystano współczynnik absorpcji i współczynnik załamania światła (), według następującej zależności :gdzie jest prędkość światła w przestrzeni. 15 przedstawia zmiany przewodności optycznej PVAc/0, PVAc/3, PVAc/6 i PVAc/9 wt.% błon kompozytowych Cl2, w funkcji energii fotonów. Przewodność czystego PVA jest prawie stała do około 5,2 eV energii fotonu, po czym wzrasta wraz ze wzrostem energii fotonu. Stężenie Cl2 spowodowało wzrost przewodności optycznej, co jest spowodowane wysoką absorbancją folii z kompozytów polimerowych. Wzrost przewodności optycznej i spadek energii szczeliny pasmowej PVAc / Cl2 wraz ze wzrostem stężenia Cl2 można przypisać wzrostowi liczby ruchomych nośników ładunku, a także wzrostowi amorficznej natury polimeru gospodarza . Wyniki te zgadzają się z Al-Taa ’ Y et al. .

rysunek 15

przewodność optyczna PVAc / 0, PVAc/3, PVAc / 6 i PVAc/9 wt.% kompozytów Cl2 w funkcji energii fotonów.

4. Wnioski

otrzymano folie polimerowe na bazie PVAc o różnych stężeniach Cl2 przy użyciu techniki odlewania rozpuszczalnikowego. XRD zaprzeczył, że zsyntetyzowany Cl2 został indeksowany do struktury ortorhombicznej. Powstawanie interakcji międzycząsteczkowej i kompleksacji między PVAc i Cl2 zostało potwierdzone za pomocą XRD, FTIR, SEM i UV. Wyniki UV wykazały, że Cl2 może skutecznie poprawić właściwości optyczne PVAc. Współczynnik absorpcji wzrastał wraz ze wzrostem procentowej zawartości wagowej dodatku. Wzrost przewodności optycznej i zmniejszenie szczeliny pasma energetycznego polimerowej macierzy gospodarza wraz ze wzrostem stężenia Cl2 przypisano wzrostowi liczby ruchomych nośników ładunku, a także wzrostowi amorficznego charakteru polimerowej macierzy gospodarza. Stałe optyczne, takie jak współczynniki ekstynkcji, współczynnik załamania światła, rzeczywiste i urojone stałe dielektryczne i przewodność optyczna, zależą od stężenia Cl2 w folii polimerowej. PVAc / 9 wt. Folie z kompozytów % Cl2 wykazują najlepsze właściwości optyczne. Ten rodzaj kompozytów może być odpowiednim kandydatem do ogniw fotowoltaicznych, chociaż pożądane są dalsze badania i ulepszenia. Ponadto praca ta potwierdza, że współczynnik załamania światła i Luka energetyczna są silnie skorelowane.

podsumowując, pomiary właściwości optycznych wskazują, że Cl2 jest użytecznym dodatkiem do jednoczesnego zwiększenia zarówno absorbancji, jak i przewodności optycznej PVAc. W rezultacie kompozytowa folia PVAc/Cl2 wykazuje dramatyczne zmiany właściwości optycznych, które pomagają w produkcji urządzeń optycznych.

konflikt interesów

autorzy oświadczają, że nie ma konfliktu interesów w związku z publikacją niniejszego artykułu.

podziękowania

autorzy z wdzięcznością doceniają Dr. Nadhera Najem za pomocne dyskusje podczas opracowywania tej pracy; chcą również wyrazić swoje głębokie prokreacje dla Dr. Mohammeda Hadiego za pomoc w pomiarze XRD.