ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩАЯ ПЛЕНКА

Электропроводящая пленка Описание полезной модели
Полезная модель относится к области электрпроводящих пленок, выполненных из полимерной нанокомпозиции, содержащей в качестве матрицы интерполиэлектролитный комплекс (ИПК) между полиакриловой кислотой (ПАК) и полиэтиленимином (ПЭИ), и в качестве нанофазы частицы металла. Такие пленки могут быть использованы для создания сенсорных устройств и магнитных носителей информации в электронных схемах, технологичных и высокоселективных каталитических систем, регулируемых квантовых светодиодов.
При этом общепринятый термин нанокомпозиция обычно используется для микрогетерогенных высокодисперсных систем в твердом агрегатном состоянии, содержащих два и более компонента, с размером частиц дисперсной фазы не превышающем 100 нанометров (нм), которая распределена в непрерывной дисперсионной среде, назьшаемой матрицей Чвалун С.Н., Труды седьмой сессии «Проблемы и достижения физико-химической и инженерной науки в области наноматериалов, Россия, Москва 2002, Т.2, С. 159-192.
Известна электропроводящая пленка, выполненная из полимерной нанокомпозиции, содержащей в качестве матрицы полиметилметакрилат, а в качестве нанофазы  металл (золото, палладий, серебро) с размером частиц соответственно 7-15 нм, 1-2нм, 5-Ним и содержанием металлического дисперсного компонента от 1 до 1,7масс.%. K.J.Klabunde, J. Habdas, G.Cardenas-Trivino, Chem. of Mater., 1989, V.I, P.481-483.
Педостатком данной пленки является низкое содержание металлической нанофазы и неравномерное распределение ее в полимерной матрице, что подтверждено исследованием структуры пленки методом трансмиссионной электронной микроскопии. Структурная неоднородность пленки заложена в технологии ее получения, которая сложна, многостадийна, энергоемка и при этом не обеспечивает получения полимерной пленки с равномерным и узким распределением в ней металлической дисперсии.
Известна электропроводящая пленка, вьшолненная из полимерной нанокомпозиции, содержащей в качестве матрицы крейзованную полипропиленовую пленку толщиной 130 мкм, а в качестве нанофазы - никель с размером частиц до 40нм с содержанием дисперсного компонента до 20об.% Н.И.Никонорова, С.В.Стаханова,
IIIKIJfllHIiriiJltKij.i.
2 n
d
И.А.Чмутин, Е.С.Трофимчук, П.А.Чернавский, А.Л.Волынский, А.Т.Пономаренко, Н.Ф.Бакеев, Высокомолек.Соед., Сер.Б, 1998, Т.40, №3, С.487-491.
Недостатком данной пленки является то, что полимерная матрица химически инертна по отношению к ионам металла, и введение их в полимер, а также восстановление осуществляется за счет высокопористой структуры последнего, так что поры полимера используются как транспортные артерии, в которых противотоком движется соль металла и раствор восстановителя. Полученные таким образом пленки не могут содержать равномерно распределенные частицы металлов размером мене 8нм.
Наиболее близкой к заявляемой является известная электропроводящая пленка, вьшолненная из полимерной нанокомпозиции, содержащей в качестве матрицы карбоксил содержащий полимер  сополимер этилена (85масс%) и метакриловой кислоты (15масс.%) и частицы металла в качестве электропроводящей нанофазы. Данная пленка имеет толщину 30-300 микрометров (мкм), размер частиц нанофазы 2,54,5нм и содержит дисперсный компонент от 0.01 до 20 масс.% W.Mahler, Inorg. Chem., 1988, V.27, N 3, Р.435-436 - прототип.
Недостатком данной пленки является то, что наряду с металлом она содержит в качестве дисперсного компонента преимущественно сульфид свинца, что связано с технологией получения пленки, основанной на восстановлении химически связанных ионов свинца газообразным восстановителем сероводородом. Электрофизические и сорбционные свойства данной пленки не описаны.
Техническая задача полезной модели заключается в создании электропроводящей пленки, вьшолненной из полимерной нанокомпозиции, содержащей в качестве матрицы карбоксилсодержащий полимер и частицы металлы в качестве электропроводящей нанофазы, обладающей электропроводностью Оуд. -  ом см  и сорбционной емкостью по ионам переходных металлов 6-8,5 мг-экв/г.
Указанный технический результат достигается тем, что электропроводящая пленка, вьщолненная из полимерной нанокомпозиции, содержащей в качестве матрицы карбоксилсодержащий полимер и частицы металла в качестве электропроводящей нанофазы, содержит в качестве карбоксилсодержащего полимера ИПК между НАК и НЭИ с содержанием воды от 15 до 80 масс.% по отношению к суммарной массе поликомплекса и воды, причем, толщина пленки составляет от 1 до 300 мкм, а средний размер частиц электропроводящей нанофазы от 3 до 50 нм при ее содержании от 1 до 70 масс %.
Заявленная пленка может быть получена путем полива водно-аммиачной смеси 0.5 нормальных растворов ПАК и ПЭИ на подложку. После испарения растворителя при комнатной температуре образуется прозрачная пленка из ИПК, последовательная однократная или многократная обработка которой вначале водным раствором солей переходных металлов, например, таких как медь, никель, кобальт и железо, затем водно-спиртовым раствором восстановителя, например, NaBH4, приводит к получению заявлененой пленки. Толщину пленки можно варьировать, меняя количество ПАК и ПЭИ в исходном растворе. Получение пленок с толщиной менее 10 мкм требует использования подложки, например, стекла, для возможности их исследования и использования. Пленки с толщиной более ЗООмкм теряют целостность в результате процесса восстановления.
Заявленная пленка может быть получена на основе как несшитого, так и сщитого ИПК, образующегося при его термообработке.
Содержание воды в пленке от 15 до 80масс.% по отнощению к суммарной массе ИПК и воды можно регулировать содержанием частиц металла в пленке, степенью сщивания пленки посредством термообработки, а также соотнощением количеств ПАК и ПЭИ в ИПК. Средний размер частиц электропроводящей нанофазы от 3 до 50 нм можно регулировать количеством проведенных с ИПК циклов, состоящих из сорбции ионов переходных металлов и их восстановления до металла.
Содержание частиц металла в пленке от 1 до 70 масс.% можно регулировать соотношением количеств ионов сорбируемого металла и ИПК, количеством циклов сорбция иона металла - его восстановление до металла, а также соотношением количеств ПАК и ПЭИ в ИПК.
Электропроводность полученных пленок измеряли четьфехточечным методом (Лущейкин Г.А., Методы исследования электрических свойств полимеров. М., Химия, 1988). Размер и распределение металлических нанофазы исследовали методами рентгенографического анализа и атомно-силовой микроскопии (АРМ). Исследование сорбционной емкости пленок проводили путем обработки заявленной пленки 0.1 молярным раствором CuSO4 в течение 3 ч с последующей промывкой водой и сушкой до постоянной массы. Количество сорбированных ионов Си определяли гравиметрически по разнице масс исходной пленки (mi) и пленки после сорбции (ша). Вычисления проводили по формуле:
Пример
В химическом стакане смешивают по 15мл 0.5 нормального раствора ПАК и 0.5 нормального раствора ПЭИ в 4%-ном водном растворе аммиака и полученный раствор поливают на полиэтиленовую подложку. После испарения растворителя получают прозрачную пленку из ИПК, которую подвергают термообработке при  в течение 20 минут. Полученную пленку помещают на 1 ч в дистиллированную воду для набухания, затем набухшую пленку переносят на 2 ч в 0.1 нормальный водный раствор CuSO4. Окрашенную в синий цвет пленку вынимают из раствора соли, промывают водой и помеш;ают на 1 час в 0.1 молярный раствор восстанавливающего агента NaBH4 в смеси, содержащей 5 частей воды и 1 часть этилового спирта, затем промывают водой и сушат. Получают окрашенную в черный цвет пленку толщиной 200мкм с содержанием воды 20 масс.% по отношению к суммарной массе ИПК и воды с содержанием частиц металлической меди 27масс.%. Данная пленка обладает электропроводностью ауд 1.7-10 , и сорбционной емкостью по ионам Си 7.8мг-экв/г (25масс.%) По данным АФМ средний размер частиц металлической меди составляет 15 нм и их распределение в полимерной матрице равномерно (Фиг.)