Синтез и исследование гибридных наноматериалов со структурой ядро—оболочка (SiC/полимер) методом ЭПР

Abstract

Методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) проведено исследование гибридных наноматериалов со структурой «ядро—оболочка», состоящих из наночастиц карбида кремния и проводящего полианилина. Изучены парамагнитные центры (ПЦ) и транспортные явления в исходном полимере и нанокомпозитах, а также эффекты, возникающие на границе раздела «ядро—оболочка». Наблюдающиеся в спектрах ЭПР полимеров эффекты насыщения свидетельствует о высоком уровне их легирования. При исследовании температурного поведения спектров ЭПР легированных полимеров были обнаружены эффекты спиновой памяти, в то время как в гибридных нанокомпозитах «ядро—оболочка» не было обнаружено ни эффектов насыщения, ни эффектов памяти, несмотря на то, что в них наблюдались идентичные ПЦ. Это объясняется различной термической стабильностью и различным уровнем легирования полимеров и нанокомпозитов. С помощью измерений методами ЭПР и ДРС (диэлектрической релаксационной спектроскопии) установлен оптимальный уровень легирования полимеров и нанокомпозитов. Проведено сравнение транспортных свойств полимеров и нанокомпозитов. Обнаружено, что носителями зарядов в нанокомпозитах являются поляроны, в то время как основной вклад в проводимость исходных легированных полимеров вносят биполяроны.

Методою електронного парамагнетного резонансу (ЕПР) виконано дослідження гібридних наноматеріялів зі структурою «ядро—оболонка», що складаються з наночастинок карбіду кремнію й провідного поліаніліну. Вивчено парамагнетні центри (ПЦ) і транспортні явища у вихідному полімері й нанокомпозитах, а також ефекти, що виникають на межі поділу «ядро—оболонка». Ефекти насичення, що спостерігаються в спектрах ЕПР полімерів, свідчать про високий рівень їх леґування. При дослідженні температурної поведінки спектрів ЕПР леґованих полімерів було виявлено ефекти спінової пам’яті. У той же час у гібридних нанокомпозитах «ядро—оболонка» не було виявлено ні ефектів насичення, ні ефектів пам’яті, незважаючи на те, що в них спостерігалися ідентичні ПЦ. Це пояснюється різною термічною стабільністю й різним рівнем леґування полімерів і нанокомпозитів. За допомогою міряння методами ЕПР і ДРС (діелектричної релаксаційної спектроскопії) встановлено оптимальний рівень леґування полімерів і нанокомпозитів. Виконано порівняння транспортних властивостей полімерів і нанокомпозитів. Виявлено, що носіями зарядів у нанокомпозитах є полярони, у той час як основний внесок у провідність вихідних леґованих полімерів роблять біполярони.

The method of electron paramagnetic resonance (EPR) is used to study hybrid nanomaterials with ‘kernel—shell’ structure consisting of nanoparticles of silicon carbide and conducting polyaniline. The paramagnetic centres (PC) and the transport phenomena in initial polymer and nanocomposite are studied with the effects arising on interface ‘kernel—shell’. Effects of saturation observed in EPR spectra of polymers testify to their high-level doping. At investigation of temperature behaviour of EPR spectra of the alloyed polymers, effects of spin memory are detected, while in hybrid ‘kernel—shell’ nanocomposites, neither effects of saturation, nor effects of memory are not revealed in spite of the fact that identical PC are observed in them. It is explained by different thermal stability and different level of doping in polymers and nanocomposites. The optimal level of polymers and nanocomposites doping is revealed using EPR and dielectric relaxation spectroscopy (DRS) methods. Comparison of transport properties of polymers and nanocomposites is performed. As revealed, the polarons are charge carriers in nanocomposites, while the bipolarons contribute significantly to conductivity of the initial alloyed polymers.