Електричні властивості полімерних нанокомпозитів на основі поліетиленоксиду та наночастинок срібла в області низьких концентрацій наповнювача

Abstract

Робота присвячена розробці нового матеріалу на основі поліетиленоксиду (ПЕО) та синтезованих і стабілізованих наночастинок срібла, а також дослідженню його електричних властивостей в області низьких концентрацій наповнювача. Розроблено новий підхід до синтезу наночастинок срібла. Використовуючи цей підхід, синтезовано стабілізовані наночастинки срібла. Використовуючи метод імпедансної спектроскопії, досліджено електричні властивості полімерних нанокомпозитних матеріалів на основі ПЕО та синтезованих частинок срібла в області низьких концентрацій наповнювача. Зроблено припущення, що в системах на основі ПЕО існує два механізми переносу зарядів: перескок зарядів у кристалічній фазі ПЕО та перенос, який забезпечується сегментальною рухливістю поліетерних ланцюгів в аморфній фазі ПЕО. У результаті встановлено, що стабілізовані наночастинки срібла істотно впливають на електричні властивості нанокомпозитного матеріалу при відносно низьких концентраціях нанонаповнювача (1 %). Електропровідність досліджуваних матеріалів екстремально залежала від вмісту наповнювача. Така залежність пояснюється агрегаційними процесами наночастинок у полімерній матриці, що змінює частку міжфазного шару за рахунок додаткової аморфізації системи. Зроблено припущення, що при 1 % вмісті наночастинок срібла сумарна площа міжфазного шару є максимальною.

Polymer nanocomposite materials filled with silver nanoparticles are promising because they combine the properties of polymers and inorganic substances. Such materials have wide practical applications, in particular as antimicrobial and electrostatic coatings. The vast majority of works study the polymer-silver nanoparticles system with a high filler content. However, due to the nanosize of the filler in the area of low concentrations, effects may appear that require detailed study. The purpose of this work has been the development of a new material based on polyethylene oxide (PEO) and synthesized and stabilized silver nanoparticles, as well as the study of its electrical properties in the area of low filler concentrations. The paper has developed a new approach to the synthesis of silver nanoparticles. Using this approach, stabilized silver nanoparticles have been synthesized. Using the method of impedance spectroscopy, the electrical properties of polymer nanocomposite materials based on PEO and synthesized silver particles in the area of low filler concentrations have been investigated. It is assumed that in systems based on PEO, there are two mechanisms of charge transfer: charge hopping in the crystalline phase of PEO and transfer provided by the segmental mobility of polyether chains in the amorphous phase of PEO. As a result, it is established that stabilized silver nanoparticles significantly affect the electrical properties of the nanocomposite material at relatively low concentrations of the nanofiller (1%). The electrical conductivity of the studied materials depends extremely on the content of the filler. This dependence is explained by the aggregation processes of nanoparticles in the polymer matrix, which changes the proportion of the interfacial layer due to additional amorphization of the system. It is assumed that with a 1% content of silver nanoparticles, the total area of the interfacial layer is maximal.