авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Релаксационные свойства линейных алкилсилоксанов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Коваленко Виктор Иванович

Релаксационные свойства линейных алкилсилоксанов

Специальность 01.04.07 – физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертация на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Москва – 2011

Работа выполнена на кафедре теоретической физики Московского

Государственного областного университета

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Беляев Виктор Васильевич

Официальные оппоненты Доктор физико-математических наук, профессор

Поддоскин Александр Борисович

Доктор физико-математических наук

Сонин Андрей Анатольевич

Ведущая организация Московский государственный универ-

ситет Приборостроения и информа -

тики (МГУПИ)

Защита диссертации состоится « 19 » января 2012г. в часов

На заседании диссертационного совета Д 212.155.07 в Московском государственном областном университете по адресу: 105005, Москва, ул. Радио, д. 10а

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Московского государственного университета.

Автореферат разослан « » 2011г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Барабанова Н.Н.

Общая характеристика работы

Актуальность работы

Исследование свойств жидкого состояния вещества и создание теории описывающей выявленные особенности жидкости стало одной из важнейших задач современной физики. Перспективным направлением является изучение кремнийорганических соединений, в частности, линейных алкилсилоксанов (АС). Возможность варьирования их молекулярной структуры ведет к широкому применению этих материалов в различных отраслях техники. В этой связи экспериментальные и теоретические исследования свойств кремнийорганических жидкостей весьма актуальны.

Основной задачей работы в этом направлении является установление связи макроскопических свойств вещества со структурой молекул и харак-тером их взаимодействия.

Современное состояние теории физики жидкости не всегда позволяет удовлетворительно описывать свойства даже простых жидкостей (мономе-ров). Поэтому большое значение приобретает экспериментальное изучение свойств различных классов жидкостей в широком интервале температур и давлений с использованием новых методов эксперимента. Эти свойства сложным образом зависят от движений как целой молекулы, так и отдель-ных ее фрагментов, а также перегруппировок молекулярных роев, кластеров (коллоидные системы). Вероятность протекания этих процессов (время ре-лаксации) описывается уравнением Аррениуса. Учитывая большой диапазон переходов из одного физического состояния в другое у линейных алкил-силоксанов разной природы, изучение таких материалов необходимо прово-дить в широком спектре частот.

Решение таких задач требует проведения многоуровневых исследова-ний.

1. Исследование релаксационных свойств АС акустическими мето-дами позволяет установить связь между акустическими и молекулярноки-нетическими параметрами вещества и более полно определить структурные и кинетические процессы, проявляющиеся в характере частотной зависи-мости скорости и коэффициента поглощения ультразвука (УЗ) в диапазоне частот = 107 108рад/с.



2. Использование вискозиметрического метода дает возможность изу-чать релаксационные процессы в АС в диапазоне = 0 37рад/с.

3. Изучение АС акустическим и трибологическим методами позволяет определить влияние релаксационных процессов на характер течения олиго-мера под давлением ( = 21 157 рад/с и 108 рад/с, и р = 100 1300 МПа).

4. Исследование влияния структуры АС (ориентанта) на тип ориента-ции жидких кристаллов (ЖК) проводится в ЖК ячейках.

Использование метода ЖК–ориентации позволяет определить влияние релаксационных процессов на поверхностные свойства АС.

Предполагалось, что исследования в широком диапазоне частот с использованием расчетных методов дадут представление о релаксационных процессах, происходящих в АС и приведут к созданию физически обоснованных моделей и представлений.

Цель работы:

Изучение вязкоупругих свойств АС и процессов их релаксации в широком диапазоне частот при различных изотермических и изобарных условиях.

Для этого должны быть решены следующие задачи:

1. Нахождение расчетной температуры стеклования АС.

2. Установление температурно-частотных зависимостей скорости звука и коэффициента поглощения ультразвука от структурных и кинетических процессов, происходящих в АС.

3. Изучение зависимости напряжения сдвига и вязкости от скорости сдвига.

4. Изучение характера течения АС под давлением.

5. Изучение влияния структурных процессов, происходящих в АС, на ориентацию ЖК.

Научная новизна:

1. Показано, что кремнийорганические жидкости с различным молекулярным строением АС-2 и АС-8 имеют близкие температуры фазовых переходов, что объясняется расчетами молекулярной упаковки веществ, данными протонного магнитного резонанса (ПМР) и сканирующей калориметрии.

2. Акустическими методами установлено, что релаксационные процессы в АС имеют малые времена (= 10-8 10-9с) и малые величины энергии активации ( 15 кДж/моль). Эти процессы связаны со струк- турной релаксацией (образованием кластеров). В этом случае причиной их образования являются значительные межмолекулярные взаимодействия.

3. Методом вискозиметрии установлено, что АС при пониженных температурах структурируются в системы (студни), которые легко разрушаются при малых напряжениях сдвига. Температуры, при которых происходят эти морфологические изменения, являются важной эксплуатационной характеристикой - температурой потери текучести. В этом случае можно предположить, что АС являются коллоидными системами с лиофильными свойствами.

4. Акустическим и трибологическим методами определено, что релаксационные свойства АС под давлением проявляются в изменении характера течения, которое сопровождается снижением смазывающих свойств в результате падения вязкости.

5. В ЖК ячейках одним из факторов, определяющих их ориентацию, являются релаксационные процессы в АС.

Практическая ценность.

1. Проведенные исследования показали, что в АС протекают структурные релаксации (образование кластеров). По времени жизни, энергии активации процессов, способности АС образовывать студни эти материалы относятся к лиофильным коллоидам. Это предположение и зависимость физических свойств от природы АС позволяют управлять режимом текучести.

2. Полученные результаты позволяют с помощью классических формул Френкеля и Эйринга описывать смазочные свойства АС, в результате чего можно будет моделировать процесс смазки и разрабатывать новые смазочные материалы.

3. Проведенные исследования дают возможность применить отдельные положения теории конденсированного состояния вещества (особенности поглощения УЗ), для оптимизации материалов, и созданию систем с нужными характеристиками (создание ориентантов ЖК)

Автор защищает:

1. Результаты экспериментальных исследований акустических свойств алкилсилоксанов при изменяющейся температуре, частоте и давлении; позволяющие определить кинетические, реологические особенности этих материалов.

2. Результаты расчетов процессов, связанных с релаксацией вязких и упругих свойств изотропных кремнийорганических жидкостей.

Содержание диссертации.

Диссертация содержит введение, пять глав, выводы, список литературы и приложение. В первой главе диссертации представлен обзор литературы по результатам теоретических и экспериментальных исследований вязко-упругих свойств низкомолекулярных жидкостей и олигомеров; релаксационным процессам, протекающим при различных частотах, и свойствам коллоидных систем. В ней также показаны особенности фазовых переходов, влияние давления на свойства жидкостей. В главах, с второй по пятую приведены описание экспериментальных установок и методики проведения эксперимента, результаты контрольных измерений и анализ погрешностей эксперимента, представлены результаты экспериментальных исследований акустических, вискозиметрических и релаксационных свойств органосилоксанов, течение этих жидкостей в изобарных и изотермических условиях в областях частот = 0 150 и 107 108 рад/с. В заключение сформулированы основные результаты и выводы. Диссертация изложена на 115 страницах машинописного текста, содержит 27 рисунков и 18 таблиц.

Библиографический указатель включает 84 наименования.

Апробация работы:

Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях: 17th International Liquid Crystal Conference, Strasbourg, France, 1998; International Conference “Tribology 2000-Plus” Stuttgart/Ostfidern, Germany; International Conference «Advanced Display Technologies», Minsk, 2001; 14th International Symposium on Organosilicon Chemistry, Wesburg, 2005; 15th International Symposium on Organosilicon Chemistry, June 1-6, 2008.

Публикации: По материалам диссертационной работы опубликовано 11 работ, из них 6 статей в рецензируемых журналах по перечню ВАК.

Содержание работы

Глава 1. Релаксационные процессы в простых жидкостях и олигомерах.

В первой главе дан обзор теоретических и экспериментальных работ по исследованию релаксационных процессов в изотропных жидкостях.

Показано, что в большинстве жидкостей процесс распространения звуковой волны носит релаксационный характер, то есть все термодинамические параметры (объемная и сдвиговая вязкости, модули объемной и сдвиговой упругости и т. д.) зависят от частоты. В обзоре показано, что релаксационные процессы протекающие при различных частотах влияют на физические свойства жидкостей. Рассмотрению этих свойств жидкости посвящена эта работа.

В качестве объектов исследования были выбраны кремнийорганичес-кие жидкости линейные алкилсилоксаны (АС) с концевыми триметилсилок-си– и триэтилсилокси–звеньями. Для сравнения использовались кремний-органические соединения, указанные в таблице 1.

Таблица 1 Объекты исследования

1 АС-2 диэтилсилоксан с кон- цевыми триэтилсилок-си звеньями (С2Н5)3SiO[(С2Н5)2SiO]4(С2Н5)3
2 АС-8 Этилоктилсилоксан с концевыми триэтил-силокси звеньями (С2Н5)3Si[С8Н17(С2Н5)SiO]20 Si(С2Н5)3
3 АС-8(2) Диэтилэтилоктилсилоксан с концевыми три-этилсилокси звеньями (С2Н5)3SiO[(С2Н5)2SiO]10[С8Н17(С2Н5)SiO]7 Si(С2Н5)3
4 АС18(1) Диметилметилоктаде-цилсилоксан с конце- выми триметилси- локси звеньями (СН3)3SiO[(СН3)2SiO]10[С8Н17(СН3)SiO]7Si(СН3)3
5 АС18(2) Диэтилэтилоктадецил-силоксан с концевыми триэтилсилокси зве- ньями (С2Н5)3SiO[(С2Н5)2SiO]10[С18Н17(С2Н5)SiO]7 Si(С2Н5)3
6 АЦС-1 гексаметилциклотрисилоксан [СН3)2SiO]3
7 ААС алкилалкоксисиланы RSi(ОС2Н5)3 R = (СН2)n СН3, n = 0-15

Глава 2. Исследование релаксационных процессов АС в диапазоне частот = 107 108 рад/с и интервале температур от 293 до 348 K

Деформации сжатия и сдвига, возникающие при распространении упругих волн, приводят к изменению порядка расположения молекул АС и их комплексов. Перестройка структуры материалов носит релаксационный характер, а следовательно и изменение всех свойств на которые влияет структура. Для коэффициента поглощения ультразвука справедливо:

, (1)

где и - сдвиговая и объемная вязкости. При получаем соотно-шение:





, (2)

описывающее потери, связанные со сдвиговой вязкостью ("стоксовское" поглощение). Величину называют "сверхстоксовским" поглощением. Это поглощение, а, следовательно, и объемная вязкость может быть обусловлена факторами как структурной, так и термической релаксации.

В качестве объектов исследования были выбраны АС-2 и АС-8. Такие объекты используются в качестве смазочных материалов и теплоносителей.

Скорость и коэффициент поглощения ультразвука измерялись импульсно-фазовым методом переменного расстояния.

Установлено, что при некоторых температурах величина стоксовского поглощения превышает экспериментальные значения (рис.1).

Аналогичные процессы ранее наблюдались в сильновязких жидкостях. Этот факт указывает на то, что в данных веществах в области низких температур происходит релаксация как объемной, так и сдвиговой вязкостей.

Кроме того, кривые частотной зависимости коэффициента поглощения при всех температурах монотонно уменьшаются без ясно выраженных перегибов, наличие которых свидетельствовало бы о существовании ряда дискретных значений времен релаксации достаточно далеко отстоящих друг от друга. Таким образом, в АС-2 и АС-8 наблюдается наложение нескольких процессов, связанных с релаксацией как объемной, так и сдвиговой вязкости.

Согласно релаксационной теории, в рамках модели с одним релаксационным процессом частотная зависимость коэффициента поглощения описывается выражением вида:

(3)

Рис.1. Температурные зависимости /f 2 для исследуемых веществ
(a) АС-2 и (б) АС-8 на частоте: 1 4,2 МГц, 2 9 МГц, 3 27 МГц, 4 45 МГц, 5 63 МГц; 6 - (/f 2)s; (I) - (/f 2) > (/f 2)s; (II) - (/f 2) < (/f 2)s.

Анализ результатов частотной зависимости коэффициента поглощения с помощью соотношения (3) дает значения релаксационных параметров , ,

- время релаксации, , параметров, характеризующих процесс релаксации классического поглощения , , , а также значение энергии активации . Анализ зависимостей (рис.2) выполнен по формуле Аррениуса с энергией активации , значения которой приведены в табл. 2.

Рис.2.Зависимость времени релаксации от температуры для АС-2 и АС-8
Таблица 2. Значения энергии активации различных вязкостей для АС-2 и АС-8 в кДж/моль.
АС-2 АС-8
13,1 11,8 17,8 15,3 16,6 24,6

Скорость ультразвука в обоих веществах имеет довольно значительную температурную дисперсию. При изменении частоты ультразвука от 4,2 до 63 MГц и при постоянной температуре 303K скорость ультразвука изменяется от 1214 до 1219 м/с в АС-2 и от 1309 до 1330 м/с в АС-8; при T=348K от 1078 до 1102 м/с и от 1180 до 1240 м/с, соответственно. Температурная зависи-мость скорости ультразвука в исследуемом температурном диапазоне находится в пределах погрешности.

Из полученных результатов рассчитывались объемная вязкость по формуле:

(4)

Полученные данные использовались при вычислении значения величины при различных температурах и частотах:

(5)

На рис.3 представлены зависимости (при частотах f = 4.2- 63 МГц) от температуры для АС-2 и АС-8.

Для АС- 2 Для АС-8
Рис.3. Зависимость отношения объемной вязкости к стоксовской вязкости (v /s) от температуры при частотах f = 4.2- 63 МГц Малые времена релаксационных процессов, малые величины энергий активаций ( рис. 2 и E, табл.2) и близость величин к 1 (рис.3) указывают, что наблюдаемые процессы связаны со структурной релаксацией АС (образованием кластеров).


Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.