SU873078A1 - Способ измерени сигнала электронного парамагнитного резонанса углеродных материалов - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СИГНАЛА

ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО. РЕЗОНАНСА УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ Изобретение относитс  к исследова нию физико - химических свойств веществ методом электронного парг иагнитного резонанса (ЭПР), в частности материалов на основе углерода (УМ). Измерени  сигнала ЭПР при высоких температурах имеют важное значение научно - прикладного характера, так как анализ спектров ЭПР в широком ин тервале температур позвол ет получит информацию о п рстранственной и электронноэнёргетической структуре УМ . Вместе с тем корректное измерение сигнала ЭПР уже при комнатной температуре (300 К) зачастую осложн етс  релаксационным взаимодействий ПМЦ с примесью хемосорбированного кислорода ; практически всегда содержащегос  в структуре УМ и не 5 дгш ющегос  при глубоком ( Т) вакуумировании (так называемый кисло родный эффект). В этих случа х сигна ЭШ УМ или соответствует, или настолько уширен,что трудно поддаетс  анализу с применением известных методов обсчета спектров ЭПР. Известен способ измерени  сигнала ЭПР, примен емый в области как низких (ниже 300 К), так и высоких (выше 300 К) температур. Способ заключа етс  в том, что УМ подверггиот термической обработке в -атмосфере газообразного хлора при их температуре получени . Полученные таким образом пробы вакуумируют и затем регистрируют сигнёш ЭПР при заданной температуре . При этом предполагаетс , что хлор при термической обработке ингибирует процесс хемосорбции кислорода в УМ 1. Однако указанный способ позвол ет получать воспроизводимый и надежно региструемый сигнал ЭПР лишь при температурах 300 К. Применение этого способа дл  измерени  сигнала ЭПР при высоких температурах приводит к уширению спектров ЭПР, резкому уменьшению интенсивности сигнала ЭПР вплоть до ненаблюдаемого значени . Воспроизводимый сигнал ЭПР удаетс  регистрировать с применением данного способа, однако дл  этого пробы необходимо приготовл ть в -виде монолитных.образцов , что ие позвол ет получать Точных значений паргмагнитной восприимчивости , так как спектры ЭПР имеют дайсоновскую форму линии за счет про влени  скин - эффекта, анализ которой требует введени  р да приближений . Кроме , приготовление про(

виде монолитов возможно лишь дл  ограниченного класса УМ (например, пироуглеродов ).

Наиболее близким по технической сущности к предложенному  вл етс  способ, содержащий приготовление проб, термическую тренировку и регистрацию спектров ЭПР при заданной температуре 2.

Недостатком данного способа  вл етс  невоспройзводимость сигнала ЭПР проб УМ при повторных измерени х при высоких температурс1х, про вл юща с  в уменьшении интенсивности сигнала ЭПР по сравнению с начальной уширении спектров ЭПР, что приводит к уменьшению точности измерений. Недостатки известного способа обусловлены отсутствием защитной среды в ампуле с пробой , вследствие чего при измерени х реализуетс  релаксационное взаимодействие хемосорбированного кислорода с ПМЦ.

Цель изобретени  - повышение точности и воспроизводимости измерений сигнала ЭПР УМ при высоких температурах .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что-в известном способе измерение сигнала ЭПР УМ при температурах выше 300 К, содержащем приготовление проб, термическую тренировку и регистрацию спектров ЭПР при заданной температуре , термическую тренировку и регистрацию провод т в атмосфере газообразного хлора.

Термическа  тренировка пробы в атмосфере хлора, а также присутствие хлора под избыточным давлением в ампуле с пробой в процессе измерени  при высоких температурах создает защитную среду, котора , с одной стороны , преп тствует натеканию атмосферного кислорода, что позвол ет проводить многократные измерени  сигнала ЭПР при высоких температурах, а с другой стороны - предохра.н ет ПМЦ от релаксационного взаимодействи  с сохранившимс  в структуре УМ кислородом .

Пример. В интервале 300-1000К измер ют сигнал ЭПР порошкообразных проб УМ: кокса, КНПС, поликристаллического графита, углеситалла с бором (УСБ), углеродного волокна (УВ) с температурами получени  , 2800°С, 2200°С соответственно. После термической обработки УМ в атмосфере хлора при температуре получени  провод т термическую тренировку проб при 1200-1300 К в атмосфере хлора. Затем ампулу с пробой, заполненную хлором, помещают в спектрометр ЭПР и регистрируют спектры ЭПР в интервалов 3001000 К. Давление газообразного хлора в ампуле с пробой УМ составл ет 1,5 кг/см.

На фиг.1 - 3 представлены температурные зависимости парамагнитной

восприимчивости дл  поликристаллического графита (1), кокса (2), углеситалл с бором (УСБ) и углеродного волокна УВ (3), полученные по предлагаемому способу (показаны экспериментальными точками и ( д ) дл  УСБ), в сравнении с температурными зависимост ми тех же материалов, полученных по способу в соответствии с известным способом (пунктирные линии).

Значени  парамагнитной Ьсприимчивости приведены в единицах , где X.J. - парамагнитна  восприимчивость при заданной температуре;

Xj, - парамагнитна  восприимчивость при комнатной (300 К) температуре .

Результаты, полученные по предлагаемому способу, хорошо согласуютс  с расчетными (сплошные линии на фиг.1). Вместе с тем, характер температурных зависимостей сигнала ЭПР проб УМ, полученных с применением известных способов, указывает, на невозможность получени  корректных результатов: значени  парамагнитной восприимчивости не воспроизвод тс  при повторных измерени х и уменьшаютс  вплоть до ненаблюдаемого значени i

Таким образом, предлагаемый способ измерени  сигнала ЭПР при высоких температурах обладает преимуществом по сравнению с известными способами , так как позвол ет регистрировать сигнал ЭПР с повышенной точностью и надежной воспроизводимостью.

Claims (2)

1.Котосонов А.С. Сигнал ЭПР в графитирующих и неграфитирующих углеродных материалах. ДАН СССР, т. 196, 1971, с. 637.

2.Paersch M.D., Fromke F.H., SchroeCer W. Carbon. 1977, 15,p. 247250 (прототип).

п

,

н

«а К ,

0.6