wizyta

od 2020-09-20

Badanie procesów relaksacyjnych w układach polimerach metodą spektroskopii dielektrycznej

Spektroskopia dielektryczna umożliwia badanie procesów relaksacyjnych w polimerach w funkcji częstości przyłożonego zewnętrznego pola elektrycznego oraz w funkcji temperatury. Wielkością mierzoną w eksperymencie dielektrycznym jest pojemność kondensatora, na podstawie której można obliczyć przenikalność dielektryczną materiału znajdującego się między okładkami kondensatora. Zmiany części rzeczywistej oraz części urojonej przenikalności dielektrycznej w funkcji częstości przyłożonego pola oraz w funkcji temperatury (Rys. 1.) są konsekwencją zachodzących w polimerze procesów relaksacyjnych.

Przyłożenie pola elektrycznego powoduje ustawienie się wzdłuż kierunku tego pola dipoli elektrycznych obecnych w polimerze, czyli powoduje jego polaryzację. Po wyłączeniu pola elektrycznego następuje proces powrotu dipoli do stanu początkowego - relaksacja z charakterystycznym czasem relaksacji τ. W przypadku polimerów obserwuje się charakterystyczny rozkład czasów relaksacji związany z istnieniem dipoli elektrycznych w różnym otoczeniu. W związku z tym wyróżnia się również różne procesy relaksacyjne. Alfa-relaksacja związana z ruchami Browna fragmentów łańcuchów polimerowych opisana jest zależnością Vogela-Foulchera:

τ(T) = τ₀ exp(E_a / R(T_m-T_v)),

gdzie E_a jest energią aktywacji procesu aktywacyjnego, a T_v temperaturą Vogela-Foulchera związaną z zamrażaniem lokalnych ruchów molekularnych w polimerze. Beta-relaksacja opisuje oddziaływania wewnątrzmolekularne związane z rotacją grup dipolowych i jest opisana zależnością Arrheniusa:

τ(T) = τ₀ exp(E_a / R(T_m)).

Zaobserwowane w politlenku etylenu dwa typy relaksacji dielektrycznej przedstawia Rys. 2.