Structure and Properties of Electroactive Composites Based on Oligomers of Different Molecular Weight Doped with Lithium Perchlorate Salt

Abstract

Полімерні суміші – важливий об’єкт наукових і промислових інтересів, а легування солями – поширений спосіб для реалізації провідності композиту. В роботі досліджено особливості структури та властивостей композитів на основі олігомерів різної молекулярної маси, а саме аморфного дигліцидилового етеру поліетиленгліколю (ДЕГ-1, Mw = 372 г/моль) і висококристалічного поліетиленгліколю (ПЕГ, Mw = 10.000 г/моль), та іонів Li+. Полімерні органо-неорганічні системи досліджено методами диференціальної скануючої калориметрії (ДСК), ширококутового розсіювання рентгенівських променів (ШРРП), малокутового розсіяння рентгенівських променів (МРРП) та широкосмуговою діелектричною спектроскопією. За допомогою методів ДСК та ШРРП показано, що композити з ПЕГ мають аморфнокристалічну структуру. Згідно дослідження ШРРП середній розмір кристалітів складає 4,0 нм. Методом ДСК виявлено зменшення ступеня кристалічності ПЕГ в композиті за рахунок пластифікуючої здатності ДЕГ-1 та взаємодії ПЕГ з сіллю перхлорату літію. Методом МРРП встановлено, що в об’ємі досліджуваних композитів існують області гетерогенності розміром 95-130 нм. Дослідження електричних характеристик полімерних систем показали, що допування композиту сіллю літію приводить до збільшення провідності зразків на два порядки. Температурні залежності провідності за постійного струму для досліджених композитів не підкоряються залежності Арреніуса та проаналізовані за допомогою рівняння Вогеля-Тамана-Фальчера. Досліджені композити можна віднести до фрагільних.

Polymer mixtures are an important object of scientific and industrial interest and doping with salts is a common way to implement composite conductivity. The structure and properties of composites based on oligomers of different molecular weight, namely amorphous diglycidyl ether of poly(ethylene glycol) (DEG-1, Mw = 372 g/mol) and highly crystalline poly(ethylene glycol) (PEG, Mw = 10,000 g/mol), and Li+ ions have been investigated. Polymeric organic-inorganic systems have been investigated by differential scanning calorimetry (DSC), wide-angle X-ray scattering (WAXS), small-angle X-ray scattering (SAXS), and broadband dielectric spectroscopy. Using DSC and WAXS methods, it has been shown that composites with PEG have an amorphous-crystalline structure. The average crystallite size is 4.0 nm according to the study of WAXS. The DSC method revealed a decrease in the degree of PEG crystallinity in the composite due to the plasticizing ability of DEG-1 and the interaction of PEG with lithium perchlorate salt. Using the SAXS method, it has been established that there are regions of heterogeneity with a size of 95-130 nm in the volume of the studied composites. Studies of the electrical characteristics of polymer systems have shown that the doping of the composite with a lithium salt leads to an increase in the conductivity of the samples by two orders of magnitude. The temperature dependences of the conductivity at direct current for the studied composites do not obey the Arrhenius dependence and are analyzed using the Vogel-TammanFulcher equation. The studied composites can be attributed to fragile.