АНАЛИЗ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ И ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НАНОКОМПОЗИТНЫХ ПОЛИМЕРОВ МОДИФИЦИРОВАННЫМ ЗОНДОМ КЕЛЬВИНА

В настоящее время для анализа однородности свойств материалов широкое распространение получают различные модификации сканирующего зонда Кельвина, позволяющие картировать пространственное распределение электростатического потенциала поверхности. В случае диэлектриков анализ однородности электропотенциального профиля не является достаточным для описания каких-либо конкретных физических параметров. Поэтому используется внешнее энергетическое воздействие, в частности оптическое излучение. Целью данной работы являлись модификация сканирующего зонда Кельвина и проведение экспериментальных исследований пространственного распределения электростатического потенциала актуальных композитных полимеров и его отклика на зондирующее воздействие оптическим излучение.

Исследования выполнены на опытных образцах композитов на основе полиэтилена высокого давления, наполненных углеродным наноматериалом и наночастицами диоксида кремния или алюминия. В результате исследования получены карты пространственного распределения относительных значений электростатического потенциала и поверхностной фото-ЭДС. Проведен статистический анализ однородности электрофизических и фотоэлектрических свойств композитов в зависимости от их компонентного состава. Также применительно к матричным полимерам сканирующий зонд Кельвина в совокупности с оптическим зондированием позволил обнаружить пьезоэлектрический эффект. Последнее может быть использовано в качестве основы для разработки новых методов исследования механических свойств матричных полимеров.

1. Subrahmanyam, A. The Kelvin Probe for Surface Engineering: Fundamentals and Design /A. Subrahmanyam, S. Kumar. – USA : CRC Press, 2010. – 200 p.

2. Zharkikh, Yu.S. Mechanic-electrical transformations in the Kelvin method / Yu.S. Zharkikh, S.V. Lysochenko // Applied Surface Science. 2017. – Vol. 400. – P. 71–76.

3. Kelvin probe force microscopy and its application / W. Melitz, J. Shen, A.C. Kummel, S. Lee // Surface Science Reports. – 2011. – Vol. 66. – P. 1–27. doi: 10.1016/j.surfrep.2010.10.001

4. Noras, M.A. Charge detection methods for dielectrics – Overview / M.A. Noras // Trek Application Note. – 2003. – No. 3005. – P. 1–13.

5. Scanning electric potential microscopy imaging of polymers: electrical charge distribution in dielectrics / A. Galembeck, C.A.R. Costa, M.C.V.M. da Silva, E.F. Souza, F. Galembeck // Polymer. – 2001. – Vol. 42. – P. 4845−4851. doi: 10.1016 / S0032-3861 (00) 00921-6

6. The mosaic of Surface Charge in Contact Electrification / H.T. Baytekin, A.Z. Patashinski, M. Branicki, B. Baytekin, S. Soh, B.A. Grzybowski // Science. – 2011. – Vol. 333. – P. 308–312. doi: 10.1126 / science.1201512

7. Влияние высокодисперсного наполнителя на адгезионные и фрикционные свойства сополимера этилена с винилацетатом / А.И. Свириденок, А.Л. Жарин, А.В. Кравцевич, А.К. Тявловский // Трение и износ. – 2014. – Т. 35, № 4.– С. 401–410.

8. Ebrahimi, G. Investigation on corrosion protection mechanism of polyaniline nanoparticles doped with phosphoric acid by scanning Kelvin probe and other electrochemical methods / G. Ebrahimi, F. Rezaei, J. Neshati // Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. – 2016. – P. 1–10. doi: 10.1016/j.jtice.2016.11.007

9. Schroder, D. Surface voltage and surface photovoltage: history, theory and applications / D. Schroder // Measurement Science & Technology. – 2001. – Vol. 3. – No. 12. – P. R16–R31.

10. Davies, D.K. Charge generation of dielectric surfaces / D.K. Davies // Journal of Physics. D: Applied Physics. – 1969. – No. 2. – P. 1533–1537. doi: 10.1088/0022-3727/2/11/307

11. Vorobey, R.I. Controlling the characteristics of photovoltaic cell based on their own semiconductors / R.I. Vorobey, [at al.] // Przeglad Elektrotechniczny. – 2015. – No. 8. – P. 81–85. doi:10.15199/48.2016.08.52

12. Zisman, W.A. A new method of measuring contact potential differences in metals / W. A. Zisman // Review of Scientific Instruments. – 1932. – No. 3. – P. 367–370. doi: 10.1063/1.1748947

13. Пантелеев, К.В. Построение измерителей контактной разности потенциалов / К.В. Пантелеев, В.А. Микитевич, А.Л. Жарин // Приборы и методы измерений. – 2016. – Т. 7, № 1. – С. 7–15. doi:10.21122/2220-9506-2016-7-1-7-15

14. Wicinski, M. Lateral resolution in scanning Kelvin probe microscopy / M. Wicinski, W. Burgstaller, A.W. Hassel // Corrosion Science. – 2016. – Vol. 104. – P. 1–8. doi: 10.1016/j.corsci.2015.09.008

15. Multitip scanning bio-Kelvin probe / I.D. Baikie, Smith, D.M. Porterfield, P.J. Estrup // Review of Scientific Instruments. – 1999. – Iss. 70. doi: 10.1063/1.1149678