Radiation Functionalization of Polyethylene Glycol Films with Multiwall Carbon Nanotubes

Abstract

Досліджено структуру, електропровідність та оптичне поглинання плівок поліетиленгліколю (ПЕГ) з багатостінними вуглецевими нанотрубками (БВНТ) у вихідному стані та після радіаційної функціоналізації за допомогою високоенергетичного електронного опромінення (Ее = 1.8 МеВ) з дозами поглинання 10 та 30 МРад. Структуру досліджено за допомогою оптичного мікроскопа та рентгеноструктурного аналізу. Показано, що електронне опромінення істотно впливає на поведінку перколяційної кривої. Вже за дози поглинання 10 МРад поріг перколяції зростає майже на порядок, що обумовлено формуванням сітчастої структури в полімерній матриці, як наслідок зшивання макромолекул. Отримано низькі значення порогу перколяції для плівкових зразків ПЕГ з БВНТ. Для побудови теоретичних кривих використано дві теорії. За допомогою підгонки експериментальних даних відношення σc/σm, встановлено зростання ⱷс зі збільшенням дози поглинання, що узгоджується зі скейлінговим наближенням. Показано зміни у спектрах оптичного поглинання з ростом концентрації БВНТ в матриці ПЕГ перед та після функціоналізації за допомогою високоенергетичного електронного опромінення. Радіаційне опромінення складним чином впливає на структуру та властивості полімерних композитів та може генерувати різноманітні дефекти у вуглецевих нанотрубках. Складна поведінка спектру оптичного поглинання обумовлена появою особливостей поглинання, пов’язаних з наявністю сингулярностей у вуглецевих нанотрубках.

The structure, electrical conductivity and optical absorption of polyethylene glycol (PEG) films with multiwall carbon nanotubes (MwNT) in the initial state and after radiation functionalization by means of high-energy electron irradiation (Ee = 1.8 MeV) with absorption doses of 10 and 30 MRad were studied. The structure was studied by XRD method and optical microscope. It is shown that electron irradiation significantly affects the behavior of the percolation curve. Even at an absorption dose of 10 MRad, the percolation threshold increases by almost an order of magnitude due to the formation of a network structure in the polymer matrix as a consequence of crosslinking of macromolecules. A low percolation threshold was obtained for film samples of PEG with MwNT. Two theories were used to construct the percolation curve. Fitting the experimental data for the σc/σm ratio shows an increase in the value of φc with a rise in the absorption dose, which is consistent with the scaling approximation. Changes in the optical density spectra with increasing concentration of MwNT in the PEG matrix before and after radiation functionalization by means of high-energy electron irradiation are shown. Radiation exposure has a complex effect on the structure and properties of polymer composites and can generate various defects in carbon nanotubes. The complex behavior of the optical absorption spectrum is due to the appearance of absorption features associated with the presence of singularities in carbon nanotubes.