Полимерные диэлектрики широко применяются в различных отраслях техники благодаря своим исключительным электрофизическим, физико-механическим и другим свойствам в сочетании с относительной дешевизной их промышленного производства. Возрастающее использование ядерной энергии в народном хозяйстве требует создания новых, устойчивых к действию ионизирующего излучения конструкционных материалов. Среди них видное место занимают полимерные материалы. Изменение их характеристик в процессе воздействия проникающего излучения может явиться важным фактором в обеспечении работоспособности различных устройств. Большое распространение в последние годы находят также системы, в основе действия которых лежит изменение электропроводности при воздействии радиации, в первую очередь имеются в виду полимерные слои для записи информации, например в электрофотографическом процессе. Все это определяет повышенный интерес к изучению электрических характеристик полимеров, изменяющихся при воздействии излучений различной природы. Очевидно, что в будущем их использование в быту п технике не только не сократится, но станет еще более широким и разнообразным.
Полимеры, как одна из разновидностей конденсированного состояния вещества, в настоящее время изучены достаточно основательно, что позволяет синтезировать новые полимеры (или модифицировать известные), обладающие заданными, определенными свойствами, например повышенной теплостойкостью или морозостойкостью, гидрофобностью, способностью не растворяться в тех или иных растворителях и т. д. Пока комплекс необходимых свойств, которые можно получить в процессе синтеза материала, еще недостаточно широк. Поэтому связь между физико-химическим строением полимера и его свойствами требует дальнейшего, более широкого и тщательного исследования. Одним из направлений такого исследования является изучение электрофизических характеристик (электропроводности, диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь) при воздействии различных внешних факторов, способных существенно повлиять на физико-химическую структуру полимера (на молекулярном и надмолекулярном уровнях). Таким внешним воздействием, в частности, может являться излучение высокой энергии. Для механизма воздействия излучений на вещество характерно наличие физических (например, возбуждение, ионизация, термолизация, стабилизация и рекомбинация избыточных зарядов) и химических
(сшивание, деструкция, окисление и т. д.) стадий, каждая из которых имеет вполне определенные временные границы; при этом изменение физико-химической структуры происходит в основном на завершающих стадиях воздействия. Эти химические и физические процессы могут в большей или меньшей степени оказывать влияние на те или иные электрофизические характеристики.
Таким образом, следует ожидать, что характер и степень изменения электрофизических свойств будут зависеть от исходной физико-химической структуры материала, характеристик излучения (дозы и длительности воздействия излучения), а также от времени после его прекращения, т. е. могут носить достаточно сложный характер. Интенсивные исследования в этом направлении начали проводиться в конце пятидесятых годов. Накопленные экспериментальные и теоретические результаты широко обсуждаются и частично обобщены в целом ряде монографий, которые приведены в списке цитируемой литературы. Наиболее полно изучены и описаны в монографиях низкомолекулярные органические вещества, относительно более простые по своей физико-химической структуре. Высокомолекулярные соединения вследствие своей сложности менее изучены. Однако накопленные в периодической печати к настоящему времени данные, касающиеся особенностей воздействия радиации на полимеры, характера радиационного изменения различных электрофизических параметров полимеров в зависимости от режима облучения, достаточно обширны. Многочисленные экспериментальные результаты по влиянию радиации на полимерные материалы требуют внимательного сопоставления данных с учетом особенностей физико-химической структуры полимеров и условий проведения экспериментов. Такое сопоставление позволяет выделить физические модели, наиболее подходящие для интерпретации экспериментальных результатов, а также проникнуть в механизм изучаемых явлений, что необходимо для выбора направлений дальнейших исследований и прогнозирования поведения полимерных диэлектриков в конкретных условиях эксплуатации.
В ряде полимерных систем возможно наблюдение фотопроводимости, что имеет важное значение как с практической (например, при использовании в электрофотографии), так и с теоретической точки зрения (для углубления наших представлений о механизме генерации и движения носителей зарядов в полимерах при воздействии излучений различной природы).
Данная монография посвящена проблеме, в которой тесно связаны вопросы радиационной химии полимеров и физики неравновесных электронных явлений в аморфных твердых телах. Часто использование представлений, сложившихся в одной из областей науки, для объяснения определенного явления, непосредственно не относящегося к этой области, оказывается плодотворным. Так, разработанная Онзагером теория взаимодействия электрона и дырки в конденсированной среде, связанных кулоновским взаимодействием в пару, уже более 15 лет широко используется в ра-
диационной химии для объяснения выхода свободных носителей заряда в жидкостях различной полярности, концентрационной зависимости эффективности взаимодействия акцепторов и заряженных продуктов радиолиза, а также при изучении радиационно-индуцированной электропроводности. В последние годы теория Онзагера стала применяться также для объяснения неравновесных электронных процессов, в первую очередь фотопроводимости в разнообразных твердых и жидких системах с низкой подвижностью носителей заряда. И наоборот, представления о механизме проводимости аморфных твердых тел, интенсивно развиваемые в настоящее время, используются для объяснения индуцированной излучением электропроводности полимеров. Рассматриваемый в монографии экспериментальный материал не всегда, однако, находит объяснение в рамках существующих представлений. Можно надеяться, что именно в этих случаях возникают предпосылки для дальнейшего развития теории электронных явлений в поли-"мерных средах.
Предлагаемая читателю книга состоит из четырех глав. В первой главе содержатся основные сведения, характеризующие процессы образования, переноса, стабилизации и рекомбинации активных первичных продуктов радиолиза и фотолиза полимеров (заряды, возбужденные состояния, радикалы и др.), а также вторичные радиационно-химические процессы взаимодействия излучений с полимерными диэлектриками. Главы 2 и 3 посвящены рассмотрению основных закономерностей электропроводности, возникающей в полимерах при воздействии на них ионизирующих излучений и света. В главе 4 дается изложение обратимых и необратимых изменений диэлектрических свойств полимеров.
Авторы будут признательны за все замечания и пожелания читателей.
А атппгл
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие......................... 3
Принятые сокращения................... '6
Глава 1. Взаимодействие ионизирующих излучений с полимерными диэлектриками................. 7
1.1. Особенности строения органических полимерных материалов ...................... 7
1.2. Электрические свойства органических полимеров . . 14
1.3. Первичные процессы в облучаемом веществе и пространственное распределение поглощенной энергии . . 16
1.4. Подвижность зарядов и электронное состояние полимеров ....................... 23
1.5. Свободные и связанные заряды при радиационном воздействии ...................... 31
1.6. Природа ловушек, стабилизация и освобождение избыточных зарядов.................. 39
1.7. Возбужденные состояния, образующиеся при действии излучения на полимеры............... 52
1.8. Вторичные радиационно-химические процессы взаимодействия ионизирующих излучений с полимерными диэлектриками.................... 59
Глава 2. Радиационная электропроводность полимерных диэлектриков .................... 75
2.1. Радиационная электропроводность при импульсном облучении.................... 75
2.2. Радиационная электропроводность при стационарном облучении...................... 125
Глава 3. Электрические токи, индуцированные неионизирующим излучением в полимерах............ 146
3.1. Электронные возбужденные состояния и передача энергии в полимерах................ 146
3.2. Механизмы генерации носителей заряда из возбужденных состояний.................. 168
3.3. Влияние структуры полимеров на фотопроводимость 186
3.4. Пироэлектрические свойства полимеров....... 193
Глава 4. Радиационные изменения диэлектрических свойств полимеров ...................... 218
4.1. Основные сведения о диэлектрических потерях и поляризации полимерных диэлектриков........ 218
4.2. Обратимые радиационные изменения диэлектрических свойств полимеров при стационарном облучении 224
4.3. Обратимые радиационные изменения диэлектрических свойств полимеров при импульсном облучении 242
4.4. Необратимые радиационные изменения диэлектрических свойств полимеров............... 248
Цена: 150руб.
