PS-PBA粒子分散系的介电弛豫谱解析——同、反离子对弛豫的影响及表界面电参数的计算

制备了近纳米级的聚苯乙烯-丙烯酸丁酯(PS-PBA)复合微球粒子,并在40Hz～110×106Hz的宽频范围测量了该粒子分散在9种电解质中时的介电弛豫谱,发现了与PS微球粒子分散系不同的特异介电弛豫:低频弛豫对反离子种类具有敏感性而高频弛豫则与电解质种类几乎无关;根据Shilov-Dukhin模型和M-W-O模型分别分析了高、低频率的弛豫机制,并通过对介电谱的Cole-Cole拟合获得了各体系的介电参数.进一步利用Hanai方法由介电参数计算获得了所有体系的相参数;详细分析了体系的内部参数受PS-PBA微球自身结构以及电解质种类影响的原因;讨论了离子扩散系数对介电参数的影响,从而得出了低、高频的弛豫特征时间分别由同离子的扩散系数和反离子的扩散系数所决定之结论.最后,结合Grosse宽频介电理论计算了粒子表面的以及双电层的主要电参数,并分析了电解质种类差异对这些电参数的影响.     

浓差极化的介电模型——复合膜/溶液体系的数值模拟

提出了具有电导率和介电常数线性分布的介质的介电模型, 并导出了其内部电的和结构性质的参数与宏观测量的电容和电导之间定量关系的理论表达式, 以模拟复合膜中的多孔层部分的介电弛豫行为. 大量的模拟计算描述并解释了多孔层介电谱随介电常数分布、厚度等性质而变化的规律. 进一步对具有层状构造的复合膜以及复合膜和溶液相组成的多层体系的弛豫行为进行了数值模拟, 比较了三个体系(多孔层、复合膜、复合膜/液相层状体系)的介电谱, 结果揭示了介电谱对各层性质的依赖关系. 所提出的电导率和介电常数线性分布的多孔层的介电模型, 也可用于具有其他电导率、介电常数分布规律的体系.     

NaA沸石离子交换过程的介电弛豫谱研究

在40 Hz~110 MHz频率段对不同Ca²⁺交换度的NaA沸石堆积体系进行了介电测量, 并利用Cole-Cole公式及Hanai方法对介电参数和相参数进行拟合与解析. 结果表明, 随着Ca²⁺交换度的不断增高, 堆积体系的介电增量、弛豫频率、弛豫分布系数以及粒子的电导率均有不同程度的降低, 而粒子的介电常数保持不变. 通过综合分析弛豫变化规律与离子交换度的内在联系发现, 离子交换后Ca²⁺选择六元环占位, 同时六元环和八元环位置的相邻2个Na⁺被置换; 占据六元环的Ca²⁺与八元环位置的Na⁺对沸石粒子的极化贡献等价; Ca²⁺的进入导致沸石孔道内微观电场多样化.     

非导电微球悬浊系的介电谱——弛豫机制的考察和界面信息的解析

研究了不同浓度电解质溶液中聚苯乙烯微球悬浊液的介电谱, 发现在40 Hz～110 MHz频率范围内出现了两个明显的弛豫. 在介电模型基础上对弛豫原因的理论分析结果表明, 千赫兹频域出现的弛豫是由粒子附近双电层中对离子的扩散所致, 兆赫兹附近出现的弛豫源于空间电荷在固/液界面的累积. 应用Hanai方法计算出体系内部的相参数, 获得了微球/溶液界面的电信息, 并给出了合理解释. 理论计算结果验证了模型和方法的适用性. 实验采用透析法调制样品, 有效地防止了体系内部粒子二次团聚的发生.     

聚吡咯微粒掺入的聚苯乙烯膜在电解质溶液中的介电弛豫谱及其解析

在40 Hz～11 MHz频率范围测量了聚苯乙烯膜以及混入聚吡咯粒子的聚苯乙烯膜和电解质溶液构成的体系的介电谱, 发现了特异的弛豫现象: 纯的和掺入导电性聚吡咯后的聚苯乙烯膜分别显示出单一弛豫和双弛豫的不同模式的介电谱. 在Maxwell-Wagner界面极化概念基础上解释了该弛豫机制: 高、低频弛豫分别由膜-液界面极化和膜相本身的不均一性引起的. 将体系进行了模型化, 并利用Hanai理论方法对谱进行了解析, 获得了内部电性质的诸多参数. 对不同聚吡咯掺入量的膜/溶液体系的介电测量和解析结果表明, 电解质溶液的种类、浓度以及膜中混入聚吡咯的量都影响着膜相的介电响应. 这些结论为利用加入导电粒子改善绝缘高分子聚合物的电性质的研究以及制备既具有导电功能又使基体的力学性能得到提高的高分子复合物提供了重要的线索.     

水/乙醇/正辛醇无表面活性剂微乳液的介电弛豫谱

无表面活性剂微乳液近年来受到人们极大关注,但人们对该类微乳液体系的了解还不够深入,在许多基础问题上仍存在较大争议,因此十分有必要利用不同的技术手段对该类体系开展研究.介电谱是表征微乳液体系的有效方法之一,但在无表面活性剂微乳液体系中的应用还鲜有报道.根据水/乙醇/正辛醇所组成的三元体系相图,选取了 3条路径配制了不同相...     

离子交换树脂悬浊液的介电弛豫谱研究

研究了D354阴离子交换树脂分散在不同浓度KCl溶液中的悬浊液的频率域介电谱,发现在测量频率为106～107 Hz处出现了显著的介电弛豫现象,得出了介电常数、电导率以及弛豫时间随KCl溶液浓度的特异的变化关系,理论分析表明,该弛豫是一个以界面极化为主的非单一极化机制的弛豫过程,进而利用Maxwell-Wagner界面极化理论和双电层性质解释了该体系的特异介电行为,得到了树脂悬浊液在外加交变电场下的离子迁移和聚集信息,并确定了该树脂在静态平衡下双电层中对离子的相对离子强度.     

壳聚糖微球悬浊液的介电谱研究:弛豫机制的解释和内部信息的获得

结合DLVO理论和壳聚糖微球的特点, 提出了适合实验数据的电动力学模型, 并分析了浓厚分散系的界面极化弛豫的微观机制. 进而测量了不同粒径壳聚糖微球悬浊液的介电谱, 发现在10～100 MHz频率范围内均出现明显的介电弛豫现象. 利用上述模型合理解释了该弛豫现象以及微球粒径对界面极化弛豫的影响, 结果也证明了我们提出的模型的适当性. 此外, 利用Hanai方法, 通过介电参数准确计算出了各悬浊液的内部信息, 并且分析了这些实时信息的合理性. 研究结果从实验和理论两方面展示了介电谱方法在即时获取壳聚糖内部信息上的独到优势.     

非导电球型粒子悬浮液宽频介电谱——薄双电层理论的计算机模拟

以Shilov等提出的带有紧密层表面电导率的非导电球型粒子悬浮液宽频介电弛豫的薄双电层理论为基础, 从电动力学角度解释了粒子分散系两种典型介电弛豫(高频和低频弛豫)的机制. 在此基础上, 利用Mathcad程序将该理论定量程序化并建立了粒子/水相分散系介电谱参数与体系内部相参数的关系. 进而利用该程序模拟了溶液浓度、Zeta电位以及分散粒子半径等内相参数对两种弛豫的影响, 结合该理论阐述了不同环境下这两种弛豫的变化规律, 从而为今后更好地利用这两种弛豫表征纳米至毫米级球形粒子分散系的各相电及界面性质提供了有价值的参考.     

阴离子表面活性剂SDBS胶束溶液的介电弛豫行为

用射频介电谱方法研究了0.1-80 mmol·L-1浓度的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)水溶液体系的介质弛豫行为. 测量发现频率接近107 Hz时, 在临界胶束浓度(CMC)附近出现显著的介电弛豫现象. 采用Cole-Cole函数拟合SDBS体系介电数据, 其拟合参数具有明显变化规律: 介电增量(△ε)随SDBS摩尔浓度(cs)的增加而增大, 表现为两种线性关系, 并在cs=36 mmol·L-1附近出现拐点; 特征弛豫时间(τ0)却在cs=45 mmol·L-1出现极小值. 利用胶束电模型分析了介电弛豫机制, 认为束缚Na+对离子数量和胶束体积变化是引起介电增量和特征弛豫时间变化的两个重要原因.     

硅油的结构和时域介电谱

有机物结构常分级描述．频域介电谱方法只能觉察一级结构的极化，对二和三级结构很不灵敏．时域介电谱方法则可分辨出高级结构的丰富信息．在水和甘油等极性液体中，极谱电流的存在使时域测量无法进行．但苯和正烷系列非极性液体却存在有意义的时域谱[1]．硅油具有强的极性键，     

汽油辛烷值的介电谱技术测定

利用介电谱仪采集汽油样品介电谱数据,基于已知辛烷值(研究法和马达法测定)的校正集样品,采用偏最小二乘法(partial least squares, PLS)建立校正模型,然后利用所建模型定量预测验证集汽油样品辛烷值(研究法和马达法测定).所建定量模型对验证集样品预测结果的绝对误差:研究法辛烷值不超过0.7个单位,马达法辛烷值不超过0.5个单位.并对介电谱技术的相关关键技术问题进行了讨论分析.研究结果表明:介电谱技术作为一种新的汽油辛烷值快速测定方法可行并具有较好的应用前景.     

有机液体的慢极化介电谱

高绝缘液体存在一种特殊类型的极化响应; 其性质很不同于普通的介电极化响应。后者可用频域方法描述, 称为快响应;前者不能用频域而只能用时域方法描述, 故区别地称为慢响应。在微分时域介电谱中, 每种快或慢极化机构贡献一个峰。苯的时域谱有一个快峰和两个慢峰。室温下石蜡只有一个快峰和一个慢峰; 在加热熔解过程中慢峰分裂为两个峰。慢极化响应和液体中分子的局部束缚空间电荷有关; 慢极化介电谱可以给出分子动力的许多信息。     

稀薄细胞悬浊系模型的介电解析法

对稀薄细胞粒子是浊液体系进行了介电模型化,在导出的描述该体系介电行为的理论公式的基础上,确立了从实验观察到的介电参数获得体系相参数的精确解析方法,对该体系可能产生介电弛豫的原因进行了现象论的分析,并以一个微胶囊作为细胞模型进行了介电测量和解析,获得了合理的结果.     

介电失配度对沸石电流变液界面极化的影响

利用介电谱方法研究了NaA沸石/硅油和NaA沸石/煤油两种电流变液的介电行为, 测量发现两体系在10⁵ Hz处均出现明显的弛豫现象. 采用单弛豫Cole-Cole函数拟合各体系的介电参数, 结果表明在相同体积分数条件下硅油体系具有较大的介电增量(?ε), 且两体系的介电增量与体积分数(φ)均服从?ε＝4ε_mφ的函数关系. 通过计算和分析粒子与介质间介电失配程度, 阐明了油介质的介电常数(ε_m)对于沸石电流变液界面极化强度的贡献. 此外研究了吸附水对沸石电流变液界面极化的影响, 结果发现水的吸附对于体系的?ε值没有影响, 但明显降低了弛豫时间, 证明吸附水对沸石电流变液的界面极化率具有增强作用.     

平面结构非均匀体系的介电驰豫─—组成相的数目与电导对弛豫的影响

非均匀体系在０．１ｋＨｚ～１０ＭＨｚ频率范围显示出显著的介电弛豫,为了弄清介电弛豫的原因以及该弛豫与非均匀体系界面数目的关系,本文从介电的观点在理论及实验两方面讨论了典型的非均匀体系的例子：膜／溶液体系。特别地,对频率域的介电弛豫谱与组成相的结构及浓度的关系进行了分析,并在Ｍａｘｗｅｌｌ－Ｗａｇｎｅｒ机理的基础上现象论地解释了弛豫的原因。非均匀体系的介电弛豫性质具有下列特征：（１）介电弛豫数目等于体系内界面种类的数目;（２）特征弛豫频率紧密地依存于溶液相的电导。     

沸石及核壳结构聚合物粒子分散系的介电解析── 粒子排列模式对体积分数的解释

在40 Hz～110 MHz频率范围对NaA沸石堆积体系和聚苯乙烯-聚吡咯悬浮液进行了介电测量. 两类体系分别在105和107 Hz表现出因界面极化产生的弛豫. 利用Hanai理论解析两类体系的介电谱, 发现解析体积分数与实测体积分数之间存在与体系的浓度相关的明显差异. 通过分析Wagner原始模型阐明了差异的原因, 指出了分散相粒子相互作用力与差异程度间的内在联系, 从介电角度为胶体分散系中粒子统计排列方式的确定提供了判定依据: 当分散系浓度高于临界值时, 其最可取粒子统计排列模式为六方最密型; 低于临界值后, 排列模式随浓度的降低逐渐向简单立方型转变.     

三乙酸甘油酯玻璃化转变的焓弛豫与介电弛豫研究

脆性较高的玻璃形成分子液体通常在焓弛豫和介电弛豫动力学上表现出明显的差异性, 为了深入理解这一问题, 本文针对具有较高液体脆性的三乙酸甘油酯对比研究了焓弛豫与介电弛豫行为. 利用这两个技术分别研究了结构弛豫动力学过程的非Arrhenius 与非指数特征, 液体脆性因子与非指数性因子的对比显示很好的一致性. 分析表明分子的柔性有可能对这两种弛豫过程中分子运动的相关性产生明显的影响. 讨论了玻璃形成液体的分子结构与动力学参数之间的关联.     

介电松弛谱法用于高分子链动力学行为的研究

介电松弛谱法是研究高分子链松弛运动的一种有效方法.它可反映出分子的特征结构信息,对揭示高分子链动力学行为的本质及规律、调控其凝聚态结构意义重大.本文从介电松弛谱理论出发,总结出几种常用的介电特征参数以及用于解析这些参数的数学模型.通过介电松弛谱中高分子链的弛豫过程的解析,可得出与高分子链运动相关的特征参数,如介电常数、介电松弛强度以及链运动的特征松弛时间,从而判断链松弛运动的尺寸小大,松弛的基团以及链运动的协同过程;还可与Arrenius方程、Vogel-Tammann-Fulcher（VFT）方程、统计学模型建立联系,获得界面构造、分子内部组成、链动力学行为同环境的依存性等信息,为高分子材料的分子设计、开发与应用奠定高分子物理理论基础.     

膜对物质吸附和释放的介电谱研究——弛豫机制和扩散动力学

对壳聚糖膜吸附和缓释水杨酸过程的介电监测显示: 伴随着吸附或释放的进行, 相应膜/溶液体系的介电谱也发生规律性变化. 通过对这一变化的系统分析, 对介电弛豫产生的机制提出了新的看法, 确认了吸附或缓释行为引起的溶液中的浓差极化是介电弛豫产生的根本原因, 进而由浓差极化层电导率梯度、厚度与介电谱弛豫强度之间的理论关系解释了体系介电谱随时间等因素变化的原因. 这一弛豫机制的确立, 有望为建立获得吸附或释放过程体系各相的动态变化参数的理论方法、从而实现介电谱方法对药物控制释放过程的实时监测开辟一个新的途径.