RU2599133C1 - Нанокомпозитный сегнетоэлектрический материал на базе нанокристаллической целлюлозы и триглицинсульфата - Google Patents
Нанокомпозитный сегнетоэлектрический материал на базе нанокристаллической целлюлозы и триглицинсульфата Download PDFInfo
- Publication number
- RU2599133C1 RU2599133C1 RU2015127105/05A RU2015127105A RU2599133C1 RU 2599133 C1 RU2599133 C1 RU 2599133C1 RU 2015127105/05 A RU2015127105/05 A RU 2015127105/05A RU 2015127105 A RU2015127105 A RU 2015127105A RU 2599133 C1 RU2599133 C1 RU 2599133C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ferroelectric
- triglycine sulfate
- nanocrystalline cellulose
- tgs
- ncc
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L1/00—Compositions of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L1/00—Compositions of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
- C08L1/02—Cellulose; Modified cellulose
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к наноструктурированным материалам с выраженной сегнетоэлектрической активностью и может быть применено в устройствах микро- и наноэлектроники. Технический результат заключается в получении сегнетоэлектрического материала с высокими и регулируемыми диэлектрическими, пироэлектрическими и переполяризационными характеристиками. Нанокомпозитный сегнетоэлектрический материал содержит в качестве матрицы нанокристаллическую целлюлозу с наноканалами, расположенными перпендикулярно рабочей поверхности образца, и соль триглицинсульфата (NH2CH2COOH)3·H2SO4 в качестве сегнетоэлектрического наполнителя. Процентное содержание триглицинсульфата в указанном материале варьируется от 20 до 80 мас.%. 2 ил.
Description
Изобретение относится к наноструктурированным материалам с выраженной сегнетоэлектрической активностью и может быть применено в устройствах микро- и наноэлектроники для улучшения рабочих характеристик элементов энергонезависимой памяти, радиотехнических устройств с перестраиваемыми параметрами в виде конденсаторов, фильтров, пьезоэлектрических преобразователей, пироэлектрических приемников инфракрасного излучения.
Известны тонкопленочные сегнетоэлектрические материалы, отличающиеся выбором типа подложки (благородные металлы, электропроводные легкоплавкие материалы) и толщиной сегнетоэлектрического слоя (0,01÷1000 мкм) (Патент РФ №2278910, C25D 15/02, 2006).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата для данных материалов, относятся:
- наличие диэлектрической подложки, влияющей на свойства создаваемых гетероструктур;
- невозможность эффективного регулирования рабочих параметров пленочных сегнетоэлектрических материалов.
Известны композитные составы с сегнетоэлектрическими частицами, полученные на основе пористых матриц (пористый оксид алюминия, пористое стекло) [Барышников С.В. Влияние ограниченной геометрии на линейные и нелинейные диэлектрические свойства триглицинсульфата вблизи фазового перехода / С.В. Барышников, Е.В. Чарная, Ю.А. Шацкая, А.Ю. Милинский, М.И. Самойлович, D. Michel, С. Tien // ФТТ. - 2011. - Т. 53. - №6. - С 1146-1149. O.V. Rogazinskaya, S.D. Milovidova, A.S. Sidorkin et al. Dielectric Properties of Ferroelectric Composites with TGS Inclusions, Ferroelectrics, V. 398, 2010, P. 191-197; RU 2509716, B82B 3/00, B82Y 30/00, 2014]. Недостатком указанных составов является ограниченность области существования матричной пористой структуры в диэлектрических пленках узким слоем протравленной пленки, что приводит к локализации основной части сегнетоэлектрической компоненты в приповерхностном слое композитного материала, а также относительно высокая цена материалов, используемых в качестве матриц.
Известен нанокомпозитный материал с сегнетоэлектрическими свойствами, полученный по смесевой технологии, который содержит в качестве связующего вещества кремнезем SiO2, а в качестве сегнетоактивного вещества соль триглицинсульфата (NH2CH2 COOH)3·H2SO4 при следующем соотношении компонентов, мас. %: SiO2 - 56-75, триглицинсульфат - 25-44. Материал имеет зернистую структуру с размерами зерен от 50 до 80 нм (патент РФ 2529682, С04В 35/14, 2013).
Недостатком данного материала является хаотичная ориентация осей кристаллитов сегнетоэлектрического материала, затрудняющая использование выделенного полярного направления.
Известен матричный композит (прототип) на основе наноцеллюлозы с триглицинсульфатом (Х.Т. Нгуен и др. Диэлектрические свойства композитов на основе нанокристаллической целлюлозы с триглицинсульфатом. Физика твердого тела, 2015, Т. 57, вып. 3, С. 491-494). Используемая в нем нанокристаллическая целлюлоза относится к моноклинной сингонии (d=0,61 nm), кристаллографическая плоскость (-110) ячейки которой располагается перпендикулярно и параллельно плоскости образца. Микрофибрилярные ленты целлюлозы состоят из большого количества нанофибрил шириной 50-100 nm и длиной, превышающей этот диаметр в тысячу и более раз.
Однако в опубликованном источнике отсутствуют сведения о количественном составе нанокомпозита и, как следствие, нет данных о возможности регулирования его характеристик за счет изменения процентного соотношения компонент состава.
Заявленное изобретение имеет своей задачей создание новых функциональных сегнетоэлектрических материалов с регулируемыми характеристиками, отвечающих потребностям современного приборостроения и электроники.
Технический результат, получаемый при осуществлении данной задачи, заключается в получении сегнетоэлектрического материала с высокими и регулируемыми диэлектрическими, пироэлектрическими и переполяризационными характеристиками.
Заявляемый материал представляет собой композитную структуру, в которой в качестве армирующей матрицы используется нанокристаллическая бактериальная целлюлоза с наноканалами, расположенными перпендикулярно поверхности образца и электродов, а в качестве сегнетоактивного наполнителя триглицинсульфат (NH2CH2COOH)3·H2SO4. Согласно изобретению материал с ориентацией наноканалов перпендикулярно рабочей поверхности содержит компоненты при следующем соотношении мас.%:
триглицинсульфат | 20-80 |
нанокристаллическая целлюлоза | 80-20 |
Используемая в составном материале НКЦ + ТГС химически чистая нанокристаллическая целлюлоза (НКЦ), обладающая уникальными адсорбционными свойствами, апробированна в различных областях медицины и техники [Баклагина Ю.Г. Сорбционные свойства бактериальной целлюлозы / Ю.Г. Баклагина, А.К. Хрипунов, А.А. Ткаченко, С.В. Гладченко, В.К. Лаврентьев, А.Я. Волков // Ж. прикл. химии Т. 78, стр. 1197-1202, 2005].
На фиг. 1 показаны дифрактограммы исследованных образцов: а - чистого НКЦ, b - НКЦ + ТГС (20 мас.%), с - НКЦ + ТГС (60 мас.%); на фиг. 2 - зависимость поляризации от напряженности измерительного поля для композитов НКЦ + ТГС, в которых наноканалы нанокристаллической целлюлозы перпендикулярны поверхности.
Содержание ТГС в образцах разного состава составляет: 1-0, 2-20, 3-40, 4-60, 5-80 мас.%.
Из приведенных графиков видно, что исходной НКЦ соответствуют фактически только интенсивные рефлексы в области углов 2θ~15° и 23°. При внедрении в матрицу НКЦ триглицинсульфата относительная интенсивность указанных рефлексов понижается на фоне многочисленных линий, относящихся к триглицинсульфату. Кроме того, анализ линий, относящихся к триглицинсульфату, показывает, что нанокристаллы ТГС в наноканалах НКЦ находятся в преимущественно ориентированном состоянии. По мере заполнения триглицинсульфатом растет и макроскопическая поляризация синтезированных композитов.
Пример 1. Нанокомпозит состава: 20% ТГС и 80% НКЦ.
Композиты НКЦ + ТГС изготавливалась из полностью высушенной бактериальной наноцеллюлозы путем прогревания ее при +120°С в течение 2 часов в сушильном шкафу и последующим охлаждением до комнатной температуры. Затем пленки НКЦ опускались в насыщенный при комнатной температуре раствор ТГС и нагревались до +50°С с выдержкой в 1 час, охлаждались до комнатной температуры, при которой выдерживались до выпадения и роста кристаллов ТГС.
Для приложенного поля с амплитудой 4 кВ/см поляризация Р=0,1 мкКл/см2.
Пример 2. Нанокомпозит состава: 60% ТГС и 40% НКЦ.
Композиты НКЦ + ТГС изготавливались из предварительно полностью высушенной и затем опущенной в раствор триглицинсульфата бактериальной наноцеллюлозы методом понижения температуры насыщения раствора или методом выпаривания ненасыщенного раствора при постоянной температуре.
Для приложенного поля с амплитудой 4 кВ/см поляризация Р=0,3 мкКл/см2.
В композитах, полученных методом выпаривания ненасыщенного раствора при постоянной температуре, концентрация ТГС, определяемая по дифрактограмме, больше, чем в композитах, полученных методом понижения температуры насыщения растворов. Это согласуется и с результатами диэлектрических исследований. Аномалии в температурных зависимостях диэлектрической проницаемости меньше смещены в область более высоких температур, приближаясь при этом к температуре фазового перехода кристалла ТГС.
Все полученные сегнетокомпозиты нанокристаллическая целлюлоза - триглицинсульфат характеризуются размытием фазового перехода, его смещением ориентировочно на 10-11 K в область более высоких температур по сравнению с наблюдаемым в монокристаллическом ТГС. Во всем исследованном интервале температур диэлектрическая проницаемость композитов НКЦ+ТГС меньше, чем в монокристаллическом триглицинсульфате.
Claims (1)
- Нанокомпозитный сегнетоэлектрический материал, содержащий в качестве матрицы нанокристаллическую бактериальную целлюлозу и триглицинсульфат (NH2CH2COOH3)3·H2SO4 в качестве сегнетоэлектрического наполнителя при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Триглицинсульфат 20-80 нанокристаллическая целлюлоза 80-20
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015127105/05A RU2599133C1 (ru) | 2015-07-06 | 2015-07-06 | Нанокомпозитный сегнетоэлектрический материал на базе нанокристаллической целлюлозы и триглицинсульфата |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015127105/05A RU2599133C1 (ru) | 2015-07-06 | 2015-07-06 | Нанокомпозитный сегнетоэлектрический материал на базе нанокристаллической целлюлозы и триглицинсульфата |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2599133C1 true RU2599133C1 (ru) | 2016-10-10 |
Family
ID=57127412
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015127105/05A RU2599133C1 (ru) | 2015-07-06 | 2015-07-06 | Нанокомпозитный сегнетоэлектрический материал на базе нанокристаллической целлюлозы и триглицинсульфата |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2599133C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2666857C1 (ru) * | 2017-11-08 | 2018-09-12 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") | Сегнетоэлектрический нанокомпозитный материал на базе нанокристаллической целлюлозы и сегнетовой соли |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2278910C1 (ru) * | 2004-12-27 | 2006-06-27 | Пензенский государственный университет | Способ изготовления сегнетоэлектрических покрытий |
RU2509716C2 (ru) * | 2012-06-18 | 2014-03-20 | Александр Степанович Сидоркин | Способ создания композитной сегнетоэлектрической наноструктуры |
RU2529682C1 (ru) * | 2013-04-23 | 2014-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (ФГОУ ВПО "ВГУ") | Нанокомпозитный материал с сегнетоэлектрическими характеристиками |
-
2015
- 2015-07-06 RU RU2015127105/05A patent/RU2599133C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2278910C1 (ru) * | 2004-12-27 | 2006-06-27 | Пензенский государственный университет | Способ изготовления сегнетоэлектрических покрытий |
RU2509716C2 (ru) * | 2012-06-18 | 2014-03-20 | Александр Степанович Сидоркин | Способ создания композитной сегнетоэлектрической наноструктуры |
RU2529682C1 (ru) * | 2013-04-23 | 2014-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (ФГОУ ВПО "ВГУ") | Нанокомпозитный материал с сегнетоэлектрическими характеристиками |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Х.Т.НГУЕН и др. Диэлектрические свойства композитов на основе нанокристаллической целлюлозы с триглицинсульфатом. Физика твердого тела, 2015, Т.57, вып. 3, с.491-494. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2666857C1 (ru) * | 2017-11-08 | 2018-09-12 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") | Сегнетоэлектрический нанокомпозитный материал на базе нанокристаллической целлюлозы и сегнетовой соли |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6120891A (en) | Mesoporous transition metal oxide thin films and methods of making and uses thereof | |
Ganeshkumar et al. | Ferroelectric KNbO3 nanofibers: synthesis, characterization and their application as a humidity nanosensor | |
Lee et al. | Concomitant crystallization of glycine on patterned substrates: The effect of pH on the polymorphic outcome | |
Nimittrakoolchai et al. | High-yield precipitation synthesis of tungsten oxide platelet particle and its ethylene gas-sensing characteristic | |
Acharyya et al. | An efficient BTX sensor based on ZnO nanoflowers grown by CBD method | |
JP6158020B2 (ja) | 針状炭酸ストロンチウム微粉末 | |
Lin et al. | A solution-processed tin dioxide film applicable as a transparent and flexible humidity sensor | |
Zeng et al. | Synthesis of multifarious hierarchical flower-like SnO2 and their gas-sensing properties | |
RU2599133C1 (ru) | Нанокомпозитный сегнетоэлектрический материал на базе нанокристаллической целлюлозы и триглицинсульфата | |
Xie et al. | Humidity sensing properties of ZnO colloid crystals coated on quartz crystal microbalance by the self-assembly method | |
Zhong et al. | Heat-set gels formed from easily accessible gelators of a succinamic acid derivative (SAD) and a primary alkyl amine (R-NH 2) | |
Yang et al. | Tuning SnO2 architectures with unitary or composite microstructure for the application of gas sensors | |
Xu et al. | Controllability of assemblage from WO 3· H 2 O nanoplates to nanoflowers with the assistance of oxalic acid | |
Bishara et al. | Polymorphism and piezoelectricity of glycine nano-crystals grown inside alumina nano-pores | |
Bajpai et al. | Adsorption techniques-a review | |
Bigi et al. | Morphological and structural modifications of octacalcium phosphate induced by poly-L-aspartate | |
Khan et al. | Smart interplay of reaction parameters in sol-gel protocols of ZnO nanocrystallites | |
Mielniczek-Brzóska et al. | Effect of Cu (II) ions on the growth of ammonium oxalate monohydrate crystals from aqueous solutions: growth kinetics, segregation coefficient and characterisation of incorporation sites | |
Kohli et al. | Comparative study of chromium oxide nanorods and nanoparticles as ethanol sensors | |
Kumari et al. | Tuning of structural, magnetic and optical properties of NiFe2O4films by implementing high magnetic fields | |
Kubono et al. | Adsorption characteristics of organic long chain molecules during physical vapor deposition | |
WO2007085549A2 (de) | Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines polykristallinen keramikfilms auf einem substrat, kondensatorstruktur mit dem keramikfilm und verwendung der kondensatorstruktur | |
Tunkara et al. | Salt‐acid‐surfactant lyotropic liquid crystalline mesophases: synthesis of highly transparent mesoporous calcium hydroxyapatite thin films | |
Belugina et al. | Formation of a regular domain structure in TGS–TGS+ Cr crystals with a profile impurity distribution | |
DE102005014160A1 (de) | Verfahren zum Herstellen eines polykristallinen Keramikfilms auf einem Substrat, Kondensatorstruktur mit dem Keramikfilm und Verwendung der Kondensatorstruktur |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180707 |