Влияние состава ионных лиотропных жидких кристаллов додецилбензолсульфоната с катионами Na и k на емкость двухслойных конденсаторов

По данным динамического светорассеяния, в образце, содержащем 6% парафина, наблюдаются два пика по интенсивности (рис. 3): в районе 0,7-1 нм и более 700 нм. Это свидетельствует об образовании в системе обратных мицелл лецитина в масле и микрокристаллов парафина. Таким образом, можно предположить, что в изученной системе при добавлении парафина выше определенной концентрации (5 % масс) существуют две независимые пространственные структуры - обратные мицеллы из молекул лецитина и пространственный каркас из микрокристаллов парафина, который и обуславливает повышение вязкости.

Библиографический список

1. Юртов Е.В., Мурашова Н.М. Лецитиновый органогель. Пат. RU № 2155604, (Россия), от 29.01.1998. Опубликовано 10.09.2000 Бюл. изобретений № 25.

2. Краснюк И.И. Фармацевтическая технология. Технология лекарственных форм: учебник / И.И. Краснюк, С.А. Валевко, Г.В. Михайлова. - М.: Академия, 2006. - 592 с.

УДК 544.6.018.47

А.В. Кузьмин, Р.А. Ягафаров, Е.В. Юртов

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ИОННЫХ ЛИОТРОПНЫХ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ ДОДЕЦИЛБЕНЗОЛСУЛЬФОНАТА С КАТИОНАМИ Na и K НА ЕМКОСТЬ ДВУХСЛОЙНЫХ КОНДЕНСАТОРОВ

Были получены и исследованы жидкие кристаллы на основе солей додецилбензолсульфоновой кислоты с разными катионами в качестве электролита для двухслойных конденсаторов. Исследована величина емкости полученных конденсаторов в зависимости от состава и структуры жидких кристаллов с применением метода импедансной спектроскопии. Показано, что емкость двухслойных конденсаторов зависит как от структуры жидких кристаллов, так и от состава.

The liquid crystals based on dodecylbenzene sulfonic acid salts with different counterions were prepared and examined as electrolyte for double-layer capacitors. The dependence of the capacitance of double-layer capacitors on the composition and structure of liquid crystal was studied by impedance spectroscopy. It was shown that the capacity of double-layer capacitor depends on the structure of liquid crystal and on their composition.

В последнее время резко возрос интерес к таким перезаряжаемым источникам тока как двухслойные конденсаторы (ионисторы, суперконденсаторы). Важной составляющей двухслойных конденсаторов является электролит, от которого зависит его конечная емкость[1]. В данной работе было проведено исследование влияния структуры и состава ионных жидких кристаллов (ЖК) в качестве электролитов на емкость двухслойных конденсаторов.

Ионные лиотропные жидкие кристаллы являются интересным материалом для исследования, в том числе их электрические свойства, ввиду ряда особенностей, таких как относительно высокая проводимость уже при комнатных температурах, низкая коррозионная активность и не токсичность.

В качестве объекта исследования были выбраны ионные лиотропные жидкие кристаллы на основе солей додецилбензолсульфоновой кислоты (ДБСК), а именно солей калия (КДБС), натрия (ШДБС).

Выбор солей был обусловлен, с одной стороны тем, что ЖК на их основе сущест-

вуют в большом интервале температур и концентраций[2], с другой стороны - легкостью получения солей путем нейтрализации ДБСК соответствующей щелочью. В результате реакции нейтрализации выделяется вода, ввиду гигроскопичной природы солей ДБСК ЖК были приготовлены, минуя стадию получения кристаллической соли. Кислота и соответствующая щелочь растворялись в воде, после титрования раствора кислоты раствором щелочи (pH=7) конечная смесь выпаривалась до расчетного содержания воды.

Для каждой соли были приготовлены ЖК с различным составом. Полученные жидкие кристаллы были исследованы на поляризационном микроскопе Axiostarplus (Carl Zeiss, Германия) в проходящем свете и поляризованном свете, где было подтверждено наличие той или иной жидкокристаллической фазы. Снимки были сделаны с помощью цифровой фотокамеры марки Canon, совмещаемой с помощью переходника с объективом микроскопа. Примеры фаз полученных ЖК представлены на рис. 1. Верхняя фотография сделана в поляризованном свете, нижняя фотография сделана в проходящем свете. Структура просматривается только в поляризованном свете, что свидетельствует о наличии анизотропной (жидкокристаллической) фазы. Слева (рис. 1) смесь изотропной и ламеллярной фазы (темные участки соответствуют изотропной фазе), справа ламеллярная жидкокристаллическая фаза.

Рис. 1. Пример (слева) смеси изотропной и ламеллярной фаз (КаДБС 64% масс.) и ламеллярной фазы (КДБС 90% масс.) Маркер в левом нижнем углу соответствует 100мкм

Ячейка в которой проводились измерения емкости была собрана из двух алюминиевых электродов с развитой титановой поверхностью (алюминиевая фольга с титановым напылением), площадь каждой из которых была ограничена 1см (рис. 2), между электродами помещался исследуемый состав ЖК. Расстояние между электродами составляло 1мм. Измерения проводились на приборе фирмы Элинс (г. Черноголовка) им-педансметре Z-500P, который позволяет проводить измерения в переменном токе в широком интервале частот (до 0.5 МГц).

Рис 2. 1,4 - А1 электроды с напылением из И, 2 - фторопластовая пластинка толщиной 1мм, ограничивающая площадь используемой поверхности электродов в 1см2, 3 - твердый субстрат

В работе измерения проводились в интервале 0,5 Гц - 0,5 МГц, с амплитудой сигнала 100мВ. Емкость рассчитывалась двумя способами: по последовательной схеме на частоте в 0,5Гц и по частотной зависимости комплексного сопротивления с использованием программы ZView. В программе ZView проводилась аппроксимация по эквивалентной схеме соответствующей конденсатору (рис. 4).

-500

-400 -

-300

N

-200 -

-100 -

500

Рис. 3. Результаты измерения и обработки в программе ZView для образца с ЖК КДБС 37% масс

Рис. 4. Эквивалентная схема для конденсатора и значение полного импеданса[3]

Типичная частотная зависимость и результаты моделирования для конденсаторов представлена на рис. 3. Как видно из рисунка, экспериментальная частотная зависимость совпадает с расчетной зависимостью, полученной при аппроксимации. Результаты измерения емкости конденсаторов представлены в табл. 1.

Табл. 1. Электрическая емкость ЖК на основе солей ДБСК

Катион Состав, соль % масс. Фаза ЖК Емкость на частоте 0,5Гц, мкФ Емкость по эквивалентной схеме, мкФ

Na 30 изотропная/ ламеллярная 780 620

Na 64 изотропная/ ламеллярная 910 1060

Na 78 ламеллярная 755 925

К 37 изотропная/ ламеллярная 730 630

К 63 изотропная/ ламеллярная 1455 1910

К 70 ламеллярная 550 590

К 80 ламеллярная 570 630

К 90 ламеллярная 590 695

ЖК на основе №ДБС значения емкости не превысило 910мкФ при концентрации соли в 64% масс., в дальнейшем емкость снижалась. Это возможно связано с уменьшением проводимости и увеличением вязкости ЖК, что затрудняет взаимодействие с развитой титановой поверхностью электрода и приводит к значительному снижению емкости.

Емкость конденсаторов с ЖК на основе КДБС проходит через максимум 1455мкФ при концентрации 63% масс., что соответствует смеси ламеллярной и изотропной фаз на границе с ламеллярной. При дальнейшем увеличении концентрации КДБС наблюдается снижение емкости для ламеллярной фазы, внутри ламеллярной фазы значение емкости изменялось незначительно.

Библиографический список

1. Mitali S., Soma D., Monica D. A Study of Effect of Electrolytes on the Capacitive Properties of Mustard Soot Containing Multiwalled Carbon Nanotubes //Res.J.Chem.Sci -2011. - V. 1, No 3. - P. 109-113.

2. Sein A., Engberts J.B.F.N. Lyotropic Phases of Dodecylbenzenesulfonates with Different Counterions in Water //Langmuir - 1996. - V. 12, No 12. - P. 2913-2923.

3. Okada K., Sekino T. The Impedance Measurement Handbook A Guide to Measurement Technology and Techniques - Agilent Technologies, 2003. - 128 P.