Научные стремления 2011-1

образом, оптимальные физико-химические параметры достигаются в терфенильной структуре с циклогексановым заместителем в пара-положении.

Таблица 1 – Физические свойства и выходы полученых циклогексенонов 4

Примечание – Sm А и N – температуры перехода в смектическую и нематическую фазы соответственно

Концевые заместители оказывают заметное влияние на эксплуатационные характеристики ЖКМ. Для увеличения диэлектрической анизотропии к фенильному кольцу присоединяют концевые полярные фрагменты, например гологеналкилы [2]. Однако введение их в молекулу имеет один отрицательный эффект по сравнению с концевым алкильным заместителем – снижение стабильности мезофазы, по причине большего размера атомов галогена [3]. Так введение атомов фтора в концевой алкоксильный фрагмент 5 b,f, по сравнению с 5 a,e, приводит к увеличению диэлектрической анизотропии, ∆na; снижению оптической анизотропии, ∆n и увеличению интервала существования жидкокристаллической фазы [4].

Различные боковые заместители так же широко используются для изменения мезоморфного поведения жидкокристаллических веществ, применение для этого галогенсодержащих заместителей обусловлено их малыми размерами и высокой электроотрицательностью. Боковые заместители в центральном фрагменте молекулы как правило понижают Тпл и Тпр. Кроме

841

того увеличивается объем, занимаемый молекулой, и снижается плотность молекулярной упаковки. Замещение атома водорода на хлор обычно дает минимальные потери в термической стабильности мезофазы, но при этом обеспечивает резкое снижение температуры плавления [3].

Исходя из структуры терфенилов, можно говорить об их высокой гидролитической, фотохимической устойчивости и устойчивости к окислению, что не накладывает дополнительных ограничений на применение ЖКМ.

Таким образом, в ходе работы осуществлен синтез новых галогензамещенных соединений, содержащих терфенильный фрагмент. Изучены жидкокристаллические свойства этих веществ, позволяющие рекомендовать их для применения в качестве компонентов современных жидкокристаллических материалов.

Литературные источники

1.Томилин, М.Г. Свойства жидкокристаллических материалов / М.Г. Томилин, С.М Пестов. – С-П.: Политехника, 2005. – 296 с.

2.Kula P. Mesomorphic, dielectric, and optical properties of fluorosubstituted biphenyls, terphenyls, and quaterphenyls / P. Kula etc. // Opto-Electronics Rev. – 2008 - V.16, № 4 – P. 379385.

3.Kiryanov, A. Synthesis and mesomorphic properties of 1,1-difluoroalkylsubstituted biphenylthienyl and terphenyl liquid crystals. A comparative study of mesomorphic behavior relative to alkyl, alkoxy and alkanoyl analogs / A. Kiryanov // J. Mater.Chem. – 2001 – № 12 – P. 3068-3077.

4.Vieweg N. Terahertz properties of liquid crystals with negative dielectric anisotropy //Applied Optics. – 2010 – V.49, Issue 30, pp. 5764-5767.

M.A. Loiko, N.B. Asadchiy, S.G. Michalenok, V.S. Bezborodov

TERPHENYLS PREPARATION ON ALKYLARYLCYCLOHEXENONES BASIS

Belarusian State Technological University

Summary

During the research, the synthesis alkylarylcyclohexenones is carried out, on their basis liquid crystal materials containing terphenyls fragment and various lateral substituents were obtained. The properties of liquid-crystal-displaced p-terphenyls were surveyed to estimate the possibility to use them as components of liquid crystal materials. Obtained p-terphenyls have high dielectric anisotropy, reduced optical anisotropy, low viscosity, and wide range of liquid crystalline mesophase existence.

842

УДК 536.413:537.31/.32:54–31:54.052:666.654

И.В. Мацукевич, А.И. Клындюк

ВЛИЯНИЕ МЕТОДА ПОЛУЧЕНИЯ НА МИКРОСТРУКТУРУ И

СВОЙСТВА КЕРАМИКИ Ca3Co4O9+

Белорусский государственный технологический университет, Минск

Актуальность. Cлоистый кобальтит кальция Ca3Co4O9+ является перспективным материалом для высокотемпературной термоэлектроконверсии, что обусловливает значительный интерес к этому соединению, а также твердым растворам и композиционным материалам на его основе [1]. На практике оксидные материалы чаще всего используют в виде керамики, что обусловлено более низкой себестоимостью керамики по сравнению с монокристаллами, пленками и т.д. Свойства керамики зависят от условий ее синтеза, поэтому разработка метода получения материала с наилучшими функциональными характеристиками и низкой стоимостью является актуальной, научно значимой и практически важной задачей. В данной работе сопоставлены кристалло- и микроструктурные, физико-химические и функциональные характеристики керамики Ca3Co4O9+ , синтезированной твердофазным (образец A) и цитратным (образец B) методами. Показано, что, по сравнению с твердофазным, цитратный метод позволяет с меньшими энергозатратами получить керамику с более низким коэффициентом линейного теплового расширения (КЛТР), большей плотностью, электропроводностью и фактором мощности.

Материалы и методы исследования. Образец A получали из CaCO3 (ч.)

и Co3O4 (ч.), которые смешивали в молярном соотношении 9 : 4 в планетарной мельнице Pulverizette 6 (Fritsch,Germany), прессовали в таблетки и бруски и отжигали в течение 12 ч при 1173 К, перемалывали в мельнице Pulverizette 6, перепрессовывали и спекали в течение 4-20 ч при 1193 К. Для синтеза образца

B готовили растворы Ca(NO3)2·4H2O (ч.д.а) (C1 = 0,6 М), Co(NO3)2·6H2O (ч.д.а.) (C2 = 0,8 М) и C6H8O7 (ч.) (C3 = 0,5 М), которые смешивали в объемном

соотношении 1 : 1 : 5, после чего полученный раствор длительное время упаривали при 343 К до образования вязкого фиолетового геля. Полученный гель высушивали при 383–393 К на электроплитке до образования карамелеобразной массы, которую измельчали и дополнительно высушивали в муфельной печи в течение 2 ч при 423 К с последующим перетиранием. Образовавшийся грязно-розовый порошок отжигали в течение 4 ч при 873 К. Полученный на этой стадии черный порошок тщательно перетирали и прессовали в таблетки и бруски, которые далее отжигали в течение 4–10 ч в интервале температур 1123–1173 К с последующим спеканием в течение 4–20 ч

при 1183 К.

Идентификацию образцов проводили при помощи рентгенофазового анализа (РФА) (рентгеновский дифрактометр Bruker D8 Advance, Germany, CuK -излучение) и ИК-спектроскопии поглощения (Фурье-спектрометр Nexus, ThermoNicolet). Микроструктуру спеченной керамики исследовали при помощи сканирующего электронного микроскопа JSM–5610 LV с системой

843

химического анализа EDX JED-2201 JEOL. Кажущуюся плотность ( ) спеченных образцов находили по их массе и геометрическим размерам. Тепловое расширение, электропроводность ( ) и термо-ЭДС (S) спеченной керамики исследовали на воздухе в интервале температур 300–1100 К по методикам, описанным в [2, 3]. Значения фактора мощности (P) находили по формуле P= S2 · . Значения КЛТР керамики находили из линейных участков

зависимостей l/l0 = f(T).

Результаты и обсуждение результатов исследования. Образец A после завершения синтеза был, в пределах погрешности РФА, однофазным и представлял собой кобальтит кальция Ca3Co4O9+ (рисунок 1, кривая 5), а

образование Ca3Co4O9+ в образце B начинается уже при 873 К (кривая 2) и

полученного по методикам A и B.

844

Для использования на практике Ca3Co4O9+ необходимо готовить в виде высокоплотной керамики. Спекаемость керамики улучшается при увеличении температуры (Tспек) и времени спекания. Температура спекания Ca3Co4O9+ ограничена температурой его перитектического плавления (1199 К [6]), влияние же времени спекания на плотность керамики показано на рис. 2. Как видно из рис. 2, максимальная плотность керамики A составляет 2,7 г/см3 и достигается после 12 ч спекания при 1193 К, тогда как

плотность керамики B достигает значения

применение цитратного метода позволяет получить более плотную и мелкозернистую керамику, причем с меньшими энергозатратами, чем при использовании твердофазного метода.

Рисунок 3 - Микрофотографии поверхности сколов (перпендикулярно оси прессования) керамики Ca3Co4O9+ : 1 – образец A; 2 – образец B

Зависимости l/l0 = f(T) для Ca3Co4O9+ были практически линейными, из чего следует, что в исследованном интервале температур кобальтит кальция не испытывает структурных фазовых переходов, а среднее значение КЛТР для образцов A и B составило 12,9·10–6 К–1 и 12,8·10–6 К–1 соответственно. Как следует из результатов дилатометрии, уменьшение пористости керамики приводит к уменьшению величины ее КЛТР.

845

Результаты исследования электрофизических и термоэлектрических свойств керамики Ca3Co4O9+ представлены на рисунок 4. Как видно, кобальтит кальция является полупроводником p-типа ( / T > 0, S > 0, рисунок 4а, б), характер электропроводности которого при температуре выше 900 К изменяется к металлическому ( / T < 0), что, вероятно, вызвано выделением слабосвязанного кислорода ( ) из объема керамики в окружающую среду. Величина проводимости керамики, полученной по методу B, немного выше, чем по методу A (рисунок 4а), что, очевидно, обусловлено ее меньшей пористостью.

Рисунок 4 - Температурные зависимости электропроводности ( ) (а), термо-ЭДС (S)(б) и фактора мощности (P) (в) керамики Ca3Co4O9+ : 1 – образец A; 2 – образец B

Значения коэффициента термо-ЭДС образцов A и B были практически одинаковы (рис. 4б), величина же фактора мощности образца B в исследованном интервале температур была на 5–10% выше, чем образца A (рис. 4в), что обусловлено его более высокой электропроводностью.

Выводы. Сопоставляя результаты исследования кристаллической структуры, микроструктуры, физико-химических и функциональных свойств керамики Ca3Co4O9+ , полученной различными методами, можно заключить, что цитратный метод обладает значительными преимуществами по сравнению с твердофазным, поскольку позволяет уменьшить энергозатраты при синтезе и получить при этом более плотную, мелкозернистую и электропроводящую керамику с меньшим значением коэффициента линейного теплового расширения и более высокими значениями фактора мощности.

Литературные источники

1.Oxide Thermoelectrics. Research Signpost (ed. by Koumoto K., Terasaki I., Murayama N.). Trivandrum, India. 2002. 255 p.

2.Клындюк, А.И. Влияние температуры спекания на свойства керамики NaxCoO2 / А.И. Клындюк, Н.С. Красуцкая, Е.М. Дятлова // Труды БГТУ. Сер. III. Химия и технол. неорг. веществ. Вып. XVIII, 2010. С.99–102.

846

3.Клындюк, А.И. Термоэлектрические свойства некоторых перовскитных оксидов / А.И. Клындюк, Е.А. Чижова, Н.В. Сазанович, Н.С. Красуцкая // Термоэлектричество. 2009.

№3. С. 76–84.

4.Masset, A.C. Misfit-layered cobaltite with an anisotropic giant magnetoresistance: Сa3Co4O9 / А.С. Michel [et al.] // Phys. Rev. B. 2000–I. V. 62. No 1. P. 166–175.

5.Zhang, Y. / Y. Zhang, J. Zhang. Rapid reactive synthesis and sintering of textured Ca3Co4O9 ceramics by spark plasma sintering // J. Mat. Proc. Technol. 2008. V. 208. P. 70–74.

6.Wodermann, E. Phase Equilibria in the System CaO-Cobalt Oxide in Air / E. Wodermann, A. Muan // J. Inorg. Nucl. Chem. 1970

I.V. Matsukevich, A.I. Klyndyuk

INFLUENCE OF THE PREPARATION METHOD ON THE MICROSTRUCTURE AND PROPERTIES OF THE Ca3Co4O9+ CERAMICS

Belarusian State Technological University, Minsk

Summary

The Ca3Co4O9+ ceramic by means of solid-phase and citrate methods had been synthesized, its crystal structure, microstructure, thermal expansion, electrophysical and thermoelectric properties had been studied. It had been shown, that using of the citrate method let us to reduce the temperature and time of ceramic synthesis, hereby forming ceramics is characterized by higher values of apparent density, electrical conductivity and power factor and by lower one of linear thermal expansion coefficient.

847

УДК 911.6

Т.Г. Млынец

ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КАРТОГРАФИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА

РЕГИОНОВ БЕЛАРУСИ

Брестский государственный университет имени А.С. Пушкина, Брест

Введение. Республика Беларусь является сельскохозяйственной страной, поэтому изучение почвенного покрова является одним из приоритетных направлений страны.

Согласно анализу литературных источников изучение и картографирование почвенного покрова в Беларуси проводится на разных уровнях:

1.республиканском (почвенные карты страны);

2.региональном (почвенные карты областей, районов);

3.локальном (почвенный карты колхозов, лесничеств, городов, ключевых участков и др.).

Существенные затруднения при проведении подобных исследований вызывает поиск необходимой информации. При крупномасштабных исследованиях карты составляются на основании полевых исследований, более мелкие работы используют уже существующих картографических материал и статистические данные. Доступные статистические данные о типах почв представлены, как правило, для сельскохозяйственных земель и в разрезе административных единиц [1]. Сведения о всех типах почв можно получить либо по республике в целом, либо в усредненном виде в источниках выпуска 1970–1980-х годов. Что касается картографической информации, то доступной для любого пользователя являются почвенные карты всей Беларуси. При использовании данных карт для изучения небольших территорий (например, Брестское Полесье) данный вид информации является недостаточно полным и точным. Кроме того, методики составления почвенных карт в значительной мере отличаются друг от друга в зависимости от составителя, времени составления, масштаба и др., что приводит к разрозненным и порой несопоставимым результатам.

Целью исследования - проанализировать особенности отображения почвенного покрова Брестского Полесья на доступных картах различного масштаба [2, 3] с использованием ГИС-технологий.

Материал и методика исследования. Объект исследования – территория физико-географического округа Брестского Полесья. Территориальной единицей исследования выбраны административные районы, т.к. вся статистическая информация и некоторый картографический материал основывается на административном делении. Территориальные показатели районов, расположенных в пределах физико-географического округа Брестское Полесье представлены в таблице 1.

848

Таблица 1 – Районы Брестской области, расположенные в пределах Брестского Полесья

Исследование проводилось с использованием ГИС-пакета ArcView GIS со встроенными модулями Geographic Transformer, ХТооls и др. и включало несколько этапов.

На первом этапе были отсканированы и переведены в векторную форму почвенные карты Брестского Полесья [2, 3].

На следующем этапе при помощи модуля ArcView GIS программы привязки и трансформации географического изображения Geographic Transformer векторное изображение привязывалось к географическим координатам по серии контрольных точек с заранее известными координатами.

В дальнейшем с использованием модуля XTools проводился расчет площадных показателей почвенных разностей, которые в последствии при помощи команды Export Table to Excel Spreadsheet экспортировались в таблицы Excel. Затем составлялись таблицы почвенных разностей и их площадных значений в пределах Брестского Полесья.

Результаты и их обсуждение. Согласно почвенной карте Национального атласа Беларуси, в пределах страны распространено 7 типов почв: дерново-карбонатные, дерново-подзолистые, дерново-подзолистые заболоченные, подзолистые заболоченные, дерновые заболоченные и дерново-карбонатные заболоченные, аллювиальные (пойменные) дерновые заболоченные и торфяно-болотные почвы. Все типы почв объединены в 3 группы: автоморфные (включают в себя первых два типа почв), полугидроморфные – все остальные типы почв, кроме торфяно-болотных, которые входят в состав гидроморфных почв. Всего в пределах республики выделяется 24 основных вида почв, кроме того существуют территории, где сочетаются несколько видов почв и они имеют двойное обозначение

(например, 8+12+16).

Распространение почв в пределах Брестского Полесья представлены в таблице 2 [2]. В таблицу вошли данные о типах почв, которые занимают площадь более 5% от территории Брестского Полесья. Согласно данным таблицы 2, наибольшую площадь в пределах Брестского Полесья занимают дерново-подзолистые почвы, как правило, в сочетании с другими типами. Значительную территорию занимают дерновые глееватые и глеевые (12,4%). 6,6% приходится на торфяно-болотные аллювиальные почвы. Следовательно, преобладающим типом почв в пределах Брестского Полесья являются дерново-подзолистые почвы.

849

Таблица 2 – Основные почвы в пределах Брестского Полесья

При анализе почвенной карты 1:600 000, на территории Беларуси выделяется также 7 типов почв, однако не выделяются подзолистые заболоченные почвы, но есть аллювиальные торфяно-болотные почвы. Всего насчитывается 49 видов почв, и также наблюдается сочетание несколько видов почв в одном полигоне.

В таблице 3 представлены данные по распространению почв в пределах Брестского Полесья [3]. В таблицу вошли данные о типах почв, которые занимают площадь более 5% от территории Брестского Полесья.

Таблица 3 – Основные почвы в пределах Брестского Полесья

По данным таблицы 3, преобладающим типом почв в пределах Брестского Полесья являются дерново-подзолистые слабооподзоленные (26,7%). Значительная территория приходится на низинные торфянистоглеевые, торфяно-глеевые и торфяно-болотные (19,7%) и дерново-глеевые и дерново-карбонатно-глеевые (9,9%). В целом по изучаемой территории согласно почвенной карте 1:600 000, на изучаемой территории также преобладает дерново-подзолистый тип почв.

Выводы. Таким образом, в результате обработки и анализа почвенных карт различных источников [2, 3], можно сделать следующие выводы:

850