Особливості транспорту заряду в полімерних композитах поліметилметакрилат – поліанілін

The influence of polymer matrix of polymethyl methacrylate (PMMA) on the specific conductivity, percolation threshold, energy of activation of charge transport in polymer composites PMMA − polyaniline (PAN) was studied. Concentration dependence of the electrical conductivity of composites reveals percolation behavior with the low value of percolation threshold within 2 % content of polyaniline. It is found that in the polymer composites PMMA - PAN the specific conductivity increases by more than 8−9 orders of magnitude compared to the original matrix. On the base of temperature dependence of the specific conductivity of the obtained composites, it is concluded that PMMA polymer matrix does not change the semiconductor nature of PAN conductivity in the composite but effects on the activation parameters of the charge transport. From ESR spectra, it found that the presence of a polymeric matrix causes significant delocalization of the charge along the macrochains of the dielectric polymeric matrix.перколяції, енергію активації транспорту заряду в полімерних композитах ПММА– поліанілін (ПАН). Встановлено, що в композитах ППМА – ПАН за наявності електропровідного полімеру питома провідність зростає більше ніж на 8−9 порядків порівняно з вихідною матрицею ПММА, при цьому концентраційна залежність електропровідності виявляє перколяційну поведінку із низьким значенням порогу перколяції в межах 2 % вмісту ПАН. На основі температурної залежності питомого опору встановлено, що полімерна матриця ПММА не змінює напівпровідникового характеру провідності ПАН в композиті. але чинить вплив на активаційні параметри перенесення заряду. З даних ЕПР спектроскопії встановлено, що наявність полімерної матриці зумовлює значну делокалізацію заряду вздовж макроланцюгів діелектричної полімерної матриці

Визначення парів органічних розчинників оптичними сенсорами на ос-нові поліаміноаренів

The important problem to ensure the safety of life is the development of effective methods for monitoring of toxic gases in the atmosphere and industrial premises. To ensure such control, various gas sensors are developed that work on the effects of changes in electrical resistance, optical absorption or radiation in a certain spectral range. Most known gas sensors have high operating temperatures, which creates some difficulties in their operation, so more and more attention is paid to sensors based on conjugated electrically conductive polymers, in particular, polyaminoarenes. In result of absorption of inorganic polar gases such as ammonia, nitrogen oxide, hydrogen chloride and others the significant changes in conductivity, optical absorption and morphology of polyaminoarene films are observed. However influence of organic solvent vapors  on the optical spectra of polyaminoarene films for today is poorly studied. In the present work the functional polymer films of polyanisidine (PoA) and polytoluidine (PoTI) are proposed as sensitive elements of optical sensors operating at room temperatures. The sensitive films on the transparent SnO2 surface were prepared by electrodeposition. The influence of vapors of organic solvents (dimethylformamide, tetrahydrofuran, chloroform, nitrobenzene, toluene) on the optical characteristics of PoTi and PoA films was established. The optical absorption spectra investigated PoA film was characterized by two band with maximum near 360–410 nm (π–π* transition) and broad band in the range of 620–950 nm which is a superposition of the second and third bands. Influence of organic vapors causes the changes in films coloration. The maximum of sensitivity to the organic vapors for PoTI films in all cases is observed at λ > 550 nm and extends to near-infra-red area indicating a formation of free charge carriers of polaron type. Nonpolar solvent vapors insignificantly affect the optical properties of polyaminoarene films responсes to spectral changes in the visible and NIR range of spectrum. A highest gas sensitivity of optical signal was observed under influence of dimethylformamide and tetrahydrofuran vapors. The time to establish the steady-state value of the optical response is 30–60 s for PoTi, while for PoA reaches 120–180 s depending on the nature of organic vapors.Важливою проблемою гарантування безпеки життєдіяльності людей є розробка ефективних методів контролю токсичних газів в атмосфері та виробничих приміщеннях. Для здійснення такого контролю розробляються різноманітні газові сенсори, які працюють на ефектах зміни електричного опору, оптичного поглинання чи випромінювання у певному спектральному діапазоні. Більшість відомих газових сенсорів мають високі робочі температури, що ускладнює їхню експлуатацію, тому все більше уваги приділяється датчикам на основі спряжених електропровідних полімерів, зокрема поліаміноаренів. У результаті поглинання неорганічних полярних газів, таких як аміак, оксид азоту, хлороводень та інші, спостерігаються значні зміни провідності, оптичного поглинання та морфології поліаміноаренових плівок. Однак вплив парів органічних розчинників на оптичні спектри поліаміноаренів на сьогодні недостатньо вивчений. В цій роботі функціональні полімерні плівки поліанізидину (PoA) та політолуїдину (PoTI) пропонуються як чутливі елементи оптичних датчиків, що працюють за кімнатних температур. Сенсорні плівки отримували електроосадженням полімерів на поверхню прозорих SnO2 електродів. Встановлено вплив парів органічних розчинників (диметилформамід, тетрагідрофуран, хлороформ, нітробензол, толуол) на оптичні характеристики плівок PoTi та PoA. Спектри оптичного поглинання досліджуваної плівки PoA характеризувались двома смугами з максимумом близько 360–410 нм (перехід π–π *) та широкою смугою в діапазоні 620–950 нм, що є суперпозицією другої та третьої смуг. Вплив органічних парів спричиняє зміни забарвлення плівок, що відповідає спектральним змінам видимого та NIR-діапазону спектру. Найвища газочутливість оптичного сигналу для ПоТі спостерігалась під впливом парів диметилформаміду та тетрагідрофурану. Максимум чутливості до органічних парів для плівок PoTI у всіх випадках спостерігається при λ > 550 нм і поширюється на майже інфрачервону область, що вказує на утворення вільних носіїв заряду поляронового типу. Неполярні пари розчинників суттєво впливають на оптичні властивості плівок поліаміноарену у відповідь на спектральні зміни видимого та NIR-діапазону спектру. Час встановлення стаціонарного значення оптичного відгуку становить 30–60 с для ПоТі, тимчасом як для ПоА досягає 120–180 с залежно від природи органічних парів

Вплив модифікованого кремнезему на провідність та сенсорні властивості нанокомпозитів поліаніліну

The introduction of nanosized fillers into composites with conductive polymers allows them to control physical and chemical characteristics of these polymers. Silica nanoparticles due to its remarkable properties, which include large ratio of surface area to volume, excellent chemical stability, low cost of synthesis, and low toxicity, especially convenient surface modification, have attracted much attention of researchers. Such materials may be as excellent platforms for development of smart sensing systems for numerous applications in analytical chemistry and bioanalysis, in medical diagnostics and therapy, environmental and food analysis, security. It is known that the presence of nanosized silica in the structure of hybrid polymeric composites can not only radically change the structure, but also lead to improved mechanical characteristics, sorption capacity, increase or decrease in specific conductivity. In this work the method of polymerization filling “in situ” was used for preparation of the hybrid composites of polyaniline with nanoparticles of silica modified by titanium (TAC-7) and phosphorus (F-2.1) compounds, studied their morphology, electrical and moisture absorption properties. Influence of the content of inorganic component in composites on their specific conductivity, activation parameters of conductivity and their changes under the action of moisture were studied. It is shown that the filler content of 1–4% increases the electrical conductivity of composites and the incorporation of modified nanoparticles F-2.1 helps stabilize the resistivity of nanocomposites at high humidity. The resistivity change less than 2% was observed throughout the whole range of possible moisture, therefore the obtained modified material can be recommended for using in the resistive sensors operating in the condition of high humidity. Moreover, F-2.1 enhances sensitivity of polymer matrix to hydrogen chloride vapors. So, the possibility of using chemically deposited thin films of polyaniline/modified silica nanocomposite for the optical gas sensors production for various purposes, including monitoring the state of environments in real conditions of atmosphere, is shown.Введення нанорозмірних наповнювачів до складу композитів на основі провідних полімерів дозволяє контролювати фізико-хімічні характеристики цих полімерів. Наночастинки кремнезему привертають значну увагу дослідників завдяки чудовим властивостям, що включають велике співвідношення площі поверхні до об’єму, відмінну хімічну стабільність, малу вартість синтезу і токсичність, особливо зручну модифікацію поверхні. Такі матеріали можуть бути відмінною основою для розробки інтелектуальних систем зондування для численних застосувань в аналітичній хімії та біоаналізі, у медичній діагностиці та терапії, екологічному та харчовому аналізі, безпеці. Відомо, що наявність нанорозмірного кремнезему в складі гібридних полімерних композитів може не тільки радикально змінити їхню структуру, але і поліпшити механічні характеристики, сорбційну ємність, змінити питому електропровідність. У роботі використаний метод полімеризаційного наповнення “in situ” для отримання гібридних композитів поліаніліну з наночастинками кремнезему, модифікованого сполуками титану (TAЕ-7) і фосфору (Р-2.1), вивчено їхню морфологію, електричні та водопоглинаючі властивості. Досліджено вплив вмісту неорганічного компонента в композитах на питому електропровідність, активаційні параметри провідності та їхні зміни під дією вологи. Показано, що вміст наповнювача 1–4% збільшує електропровідність композитів, а також інкорпорація модифікованих наночастинок Р-2.1 сприяє стабілізації питомого опору нанокомпозитів при високій вологості. Зміни питомого опору менше 2% спостерігалися у всьому діапазоні можливої вологості, тому отриманий модифікований матеріал може бути рекомендований для застосування в резистивних сенсорах, що працюють в умовах високої вологості. Крім того, Р-2.1 підвищує чутливість полімерної матриці до парів хлороводню. Отже, показана можливість використання хімічно осаджених тонких плівок нанокомпозиту поліанілін/модифікований кремнезем для виробництва оптичних газових сенсорів для різних цілей, включаючи моніторинг стану середовищ в реальних умовах атмосфери