Электронографическое исследование аморфной пленки политетрафторэтилена

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Получена и исследована электронографическими методами тонкая аморфная пленка фторопласта (политетрафторэтилена). Применена ранее разработанная методика построения функции радиального распределения атомов по электронограммам от аморфных структур, основанная на определении коэффициента нормировки путем варьирования теплового параметра. Показана возможность применения и проведена необходимая адаптация этой методики для исследованного образца политетрафторэтилена с учетом его не совсем обычной аморфной структуры, обусловленной жесткой спиральной конформацией полимерных цепей …–CF2–…, что не позволяет говорить о полном отсутствии дальнего порядка в расположении атомов вдоль направления оси спирали. Измерения проведены с помощью разработанной системы регистрации на электронографе ЭМР-102.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. К. Кулыгин

Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ “Курчатовский институт”

Автор, ответственный за переписку.
Email: avilovanatoly@mail.ru
Россия, Москва

Н. В. Садовская

Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ “Курчатовский институт”; ООО “НПП “Арфлон”

Email: avilovanatoly@mail.ru
Россия, Москва; Москва

А. С. Авилов

Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ “Курчатовский институт”

Email: kuligin57@gmail.com
Россия, Москва

О. И. Васин

Краснодарское высшее военное училище имени генерала армии С.М. Штеменко

Email: avilovanatoly@mail.ru
Россия, Краснодар

Список литературы

  1. Паншин Ю.А., Малкевич С.Г., Дунаевская Ц.С. Фторопласты. Л.: Химия, 1978. 232 с.
  2. Бузник В.М. Фторполимерные материалы. Томск: Изд-во НТЛ, 2017. 600 с.
  3. Clark E.S. // Polymer. 1999. V. 40. P. 4659.
  4. Фомин С.В. Индустрия фторопластов: реальность и перспективы / openauditorium.edunano.ru, вебинар от 18.09.2018.
  5. Bouznik V.M., Kirik S.D., Solovyov L.A., Tsvetnikov A.K. // Powder Diffraction. 2004. V. 19. № 3. P. 219.
  6. Bunn C.W., Howells E.R. // Nature. 1954. V. 174. P. 549.
  7. Хатипов С.А., Артамонов Н.А. // Рос. хим. журн. (Журн. Рос. хим. о-ва им. Д.И. Менделеева). 2008. Т. LII. № 3. С. 89.
  8. Острер С.Г. Фторполимеры в химической промышленности. Пермь, 2019. 398 с.
  9. Rigby H.A., Bunn C.W. // Nature. 1949. V. 164. P. 583.
  10. Prierce R.H.H. Jr., Clark E.S., Whitney J.F., Bryant W.M.D. Crystal Structure of Polytetrafluoroethylene. Abstract of Papers, 130th Meeting of the American Chemical Society. 1956. Sept. P. 9S.
  11. Clark E.S., Muus L.T. // Z. Kristallogr. 1962. B. 117. S. 119.
  12. Eby R.K., Clark E.S., Farmer B.L. et al. // Polymer. 1990. V. 31. № 12. P. 2227.
  13. Clark E.S. // J. Macromol. Sci. B. 2006. V. 45. № 2. P. 201.
  14. Clark E.S., Weeks J.J., Eby R.K. // ACS Symposium Ser. 1980. V. 141. P. 184.
  15. Лебедев Ю.А., Королев Ю.М., Поликарпов В.М. и др. // Кристаллография. 2010. Т. 55. № 4. С. 651.
  16. ГОСТ 8433-81 “Вещества вспомогательные ОП-7 и ОП-10”.
  17. Новикова В.В., Кулыгин А.К., Лепешов Г.Г., Авилов А.С. // Кристаллография. 2018. Т. 63. № 6. С. 876.
  18. Suwa T., Takeshita M., Machi S. // J. Appl. Polym. Sci. 1973. V. 17. № 11. P. 3253.
  19. Lehnert R.J., Hendra P.J., Everall N., Clayden N.J. // Polymer. 1997. V. 38. № 7. P. 1521.
  20. Кулыгин А.К., Кулыгин К.В., Авилов А.С. // Кристаллография. 2020. Т. 65. № 2. С. 325.
  21. LTR35 Многоканальный генератор-ЦАП сигналов и цифрового ввода-вывода. https://www.lcard.ru/products/ltr/ltr35
  22. PCIe-9834 4-CH 16-Bit 80 MS/s PCI Express Digitizer. https://www.adlinktech.com/Products/GPIB_Modular_Instruments/Digitizers_Oscilloscopes/PCIe-9834
  23. International Tables. Second Edition. 1994. Vol. C. Р. 257.
  24. Васин О.И., Гладышева Г.И., Дагман Э.Е. // Кристаллография. 1983. Т. 28. Вып. 3. С. 446.
  25. Васин О.И., Кулыгин А.К., Новикова В.В., Авилов А.С. // Кристаллография. 2019. Т. 64. № 5. С. 732.
  26. Васин О.И., Новикова В.В., Кулыгин А.К., Авилов А.С. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтр. исслед. 2020. № 10. С. 105.
  27. Татаринова Л.И. Электронография аморфных веществ. М.: Наука, 1972. 104 с.
  28. O’Hagan D. // Chem. Soc. Rev. 2008. V. 37. № 2. P. 308.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Фазовая диаграмма ПТФЭ [2].

Скачать (88KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Расположение атомов в кристаллической фазе ПТФЭ (по данным [5] для модели с а = 5.655(1), c = 19.508(2) Å), вид: а – на фрагмент полимерной цепи из 15 звеньев, составляющих один период, б – вдоль осей полимерных цепей в кристаллической фазе (их расположение соответствует правильной шестиугольной решетке), в – вдоль оси цепи и перпендикулярно ей.

Скачать (547KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Дифракционная картина, полученная в результате накопления данных за все время измерения (1). Вертикальными линиями показаны теоретические положения рефлексов поликристаллического BaF2. Для наглядности также приведен фрагмент графика в масштабе 5:1 (2).

Скачать (188KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Выбранные наиболее удачные сканы (6 шт.) с минимальным количеством дефектов (вставка). Дефекты (светлые участки кривых) исключены из дальнейших расчетов: A – результат наложения всех шести графиков друг на друга; B – среднее арифметическое по всем неисключенным данным (темные участки кривых). Кривая B также приведена на основном графике в большем масштабе. Интенсивность потока электронов представлена в тех же единицах, что и на рис. 3.

Скачать (217KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость I(s) (сплошная кривая) – результат фильтрации двусторонним фильтром Баттерворта данных, представленных на рис. 4 (кривая B); i0(s) (штриховая кривая) – результат полиномиальной МНК-интерполяции I(s) полиномом десятой степени, где угловой параметр s = 4π(sinθ)/λ. Для наглядности одни и те же графики приведены в разных масштабах: 1:1 (1), 2.5:1 (2), 5:1 (3).

Скачать (137KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Интерференционная функция i(s), полученная как результат вычитания из исходной электронограммы ее интерполирующего полинома (рис. 5) – до (тонкая линия) и после фильтрации (жирная линия) двусторонним фильтром Баттерворта (1). Результат умножения этих функций (также тонкая и жирная линии соответственно) на угловой параметр s = 4π(sinθ)/λ, т. е. i(s)s (2). Нормировка по оси ординат на данном этапе еще не определена.

Скачать (155KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Графики зависимости первого координационного числа n1(α) для верхнего предела интегрирования s2 = = 6 Å–1 и теплового параметра b в интервале 0.005–0.01 Å2 (1): а – общий план, шаг 0.001 Å2 (сплошная линия), б – область сгущения графиков в большем масштабе, шаг 0.0005 Å2 (графики, соответствующие границам диапазона b, обозначены пунктиром и подписаны). Дополнительно приведены графики для Δn1(α) = |n1(α, b = 0.005 Å2) – n1(α, b = 0.01 Å2)|: Δn1 (2), 50Δn1 (3); 10Δn1 + 2.26 (4). Абсцисса глобального минимума Δn1(α) принята за абсциссу искомой точки наибольшего сгущения графиков (крест).

Скачать (230KB)
Метаданные
9. Рис. 8. ФРР атомов в структуре ПТФЭ, расчеты выполнены для верхнего предела интегрирования s2 = 6 Å–1, b = 0.005 и 0.01 Å2 (мелкий и крупный штрихи соответственно). Cплошные линии – интегральные кривые для каждого пика, b = 0.006 Å2 (в диапазоне 0.005–0.01 Å2 результаты близки), звездочки указывают значения интегралов, треугольниками обозначены координаты максимумов (“координационные радиусы”). Темные и светлые кривые – расчеты для первого и второго координационных пиков соответственно (различия в координационных числах и радиусах малы). Пунктир – средняя плотность 2.16 г/см³.

Скачать (159KB)
Метаданные
10. Рис. 9. ФРР для аморфной фазы ПТФЭ, построенные при различных верхних пределах интегрирования s2 (Å–1). Стрелкой указана область совпадения ФРР, соответствующая минимальному расстоянию 2.412 Å между атомами соседних полимерных цепочек ПТФЭ в кристаллической фазе. Сплошная линия – теоретическая кривая (рассчитанная по рентгеновским данным [5]) для кристаллической фазы. Вертикальными линиями отмечены те же межатомные расстояния, что и на рис. 2 для структуры кристаллической фазы ПТФЭ.

Скачать (153KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Зависимость от верхнего предела интегрирования s2: а – координационных чисел (площадей под пиками на графиках ФРР), б – координационных радиусов (абсцисс максимумов пиков на графиках ФРР); треугольником отмечено значение s2 = 6 Å–1, дающее наилучшее соответствие горизонтальных смещений первых пиков с теоретической ФРР, построенной для кристаллической фазы ПТФЭ (рис. 9). Для каждого значения s2 в расчетах использованы данные из промежутка интегрирования [s1, s2] в уравнении (1). Сводка данных, входящих в подынтегральное выражение в уравнении (1) (в). Для наглядности все графики построены в одном масштабе по оси абсцисс, одни и те же значения шкал абсцисс s2 расположены точно друг под другом.

Скачать (402KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024