Электропроводящие свойства гибридных нанокомпозитов

Проводящие свойства гибридные нанокомпозиты проявляют лишь при определенных соотношениях «неорганический компонент/полимер», когда в полимерной матрице по той или иной причине возникают токопроводящие каналы из металлосодержащих кластеров. Наибольшая проводимость достигается в тех случаях, когда композит превращается в сеть взаимосвязанных токопроводящих цепочек. Иными словами, существуют критические концентрации наполнителя (порог перколяции) ср_кр, выше которых (ф > ф_кр) наблюдается резкое возрастание электропроводности. Зная порог перколяции, можно прогнозировать минимальное необходимое наполнение электропроводящих композитов.

На проводимость металлополимерных нанокомпозитов существенно влияет степень дисперсности неорганического ингредиента. Различные нанокомпозиты характеризуются разной зависимостью проводимости от содержания металла. Порог перколяции композитов на основе слоистых полипиромеллитимидных пленок с внедренными в них частицами серебра достигается при содержании наполнителя > 9 мас.% . В то же время равномерное распределение в объеме пленки НРЧ серебра (10 ... 15 нм), полученных в ходе термолиза преполимера — раствора ацетата серебра в полипиромеллитимидокислоте, — не приводит к появлению у композита проводящих свойств при том же содержании наполнителя. Диэлектрические показатели пленок сохраняются на высоком уровне (а = 10~¹⁵.. Л О^-12 См/м), что во многом связано с наличием значительной доли диэлектрических полимерных прослоек между проводящими частицами наполнителя.

Для улучшения электрофизических и магнитных характеристик нанокомпозитов ферропластики часто формируют в магнитных полях. При этом происходит магнитная ориентация материала. Так, неодимовый феррит получают в полях напряженностью 3 • 10~⁴... 3 • 10~³ Тл и затем подвергают механохимическому воздействию (прессование, обработка на наковальнях Бриджмена или сочетание этих двух способов). Это позволяет создавать матрицы, наполненные ориентированными цепочечными магнитными структурами, которые находят применение в технологиях получения лаков и пленок и представляют значительный интерес как элементы систем записи информации. Формирование покрытий в условиях отвердения в подвижном магнитном поле позволяет предотвратить оседание наночастиц, которые либо концентрируются ближе к поверхности пленки, либо распределяются равномерно по всему объему. Такие материалы применяют в качестве носителей лекарственных форм, для магнит- ной записи информации, магнитосепарации, для приготовления композитов магнитооптическими свойствами, а также магнитных жидкостей.

Оптические и полупроводниковые свойства гибридных нанокомпозитов

Гибридным полимер-неорганическим нанокомпозитам свойственно уникальное сочетание оптических и полупроводниковых свойств, связанное с чувствительностью плазмонных колебаний (частоты, интенсивности, формы и ширины полосы) не только к природе матрицы и морфологии нанокомпозита, но и к размерам наночастиц. При уменьшении линейных размеров частиц полупроводника до величин, сопоставимых с длиной волны электрона, существенно изменяется характер взаимодействия электронной и атомной подсистем, и это находит отражение в квантоворазмерных эффектах: нелинейно-оптические эффекты, удвоение частоты падающего излучения (генерация второй гармоники), «голубой сдвиг» экситонной полосы поглощения и др. Способность таких нанокомпозитов образовывать пленки и легкость их обработки позволяют изготавливать из них диспергирующие оптические элементы, полосовые светофильтры и другие качественные тонкопленочные покрытия (толщиной всего ~5 ... 20 нм), которые находят применение в оптоэлектронике.

Почти для всех материалов такого рода характерна нелинейность оптических свойств, проявляющаяся в значительном усилении локального электрического поля световой волны. Она количественно характеризуется восприимчивостью третьего порядка, нелинейными показателями преломления, нелинейным абсорбционным коэффициентом. Эти эффекты широко используют в спектроскопической практике. Особенно это относится к золь-гель-стеклам на основе CdS и наногибридным нанокомпозитам на основе полимеров и Si0₂ (или V₂0₅), пленкам Ленгмюра-Блоджетт и др. Если размеры полупроводниковых НРЧ в матрицах намного меньше длины волны возбуждающего поля(« А,/20), нелинейные оптические свойства проявляются в том, что в нанокомпозитах возникают «квантовые точки» (квантовоточечные полимеры). Существует связь между длиной волны возбуждаемого излучения и размерами наночастиц. Возможно применение нанокомпозитов такого типа в качестве активных слоев светоизлучающих диодов.