Допирование полиэтилентерефталатной конденсаторной пленки: выбор условий

Полиэтилентерефталатная (ПЭТ) пленка обладает хорошими диэлектрическими свойствами, но высокой радиационно-наведенной проводимостью. Создание ПЭТ пленки с низкой радиационно-наведенной проводимостью возможно за счет допирования промышленно выпускаемых электроизоляционных пленок малыми молекулами – ловушками электронов. В работе исследован процесс допирования полиэтилентерефталатной конденсаторной пленки марки ПЭТ-КЭ (ГОСТ 24234-80) допантами на основе флуоренона – 2,7-динитрофлуореноном-9 (ДНФ) и 2,5,7-тринитрофлуореноном-9 (ТНФ) – с учетом роли растворителя (на примере этиленгликоля и бензилового спирта), выбран температурный диапазон процесса допирования, который ограничен температурой стеклования допируемого полимера (88 °С для ПЭТ) снизу и температурой кипения растворителя сверху, а также подобраны растворитель и концентрация допирующих растворов. На основе результатов эксперимента в качестве растворителей для допантов выбраны этиленгликоль для ТНФ и бензиловый спирт для ДНФ. В результате проведенной работы установлены критерии выбора растворителя для допирующей системы. Растворитель должен иметь высокую температуру кипения, обеспечивать хорошую растворимость допанта и проявлять низкое сродство к полимерной матрице. 

1. Kurtz S.R., Arnold C., Jr., Hughes R.C. Effect of chemical doping on the radiation-induced conductivity of polyethylene terephthalate // Appl. Phys. Lett. 1983. V. 43, No 12. P. 1132–1134. https://doi.org/10.1063/1.94257.

2. Kurtz S.R., Arnold J.C., Jr. Photocarrier transport and trapping processes in doped polyethylene terephthalate films // J. Appl. Phys. 1985. V. 57, No 7. P. 2532–2537. https://doi.org/10.1063/1.335441.

3. Хатипов С.A. Радиационно-индуцированные процессы переноса электронов в полимерных диэлектриках // Химия высоких энергий. 2001. Т. 35, № 5. С. 323–339.

4. Тютнев A.П., Саенко В.С., Смирнов И.А., Пожидаев Е.Д. Радиационная электропроводность полимеров при длительном облучении // Химия высоких энергий. 2006. Т. 40, № 5. С. 364–375.

5. Zhutayeva Yu.R., Khatipov S.A. Relaxation model of radiation-induced conductivity in polymers // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. 1999. V. 151, Nos 1–4. P. 372–376. https://doi.org/10.1016/S0168-583X(99)00154-8.

6. Faria R.M., Gross B., Filho R.G. Radiation-induced conductivity of polymers in different gases // J. Appl. Phys. 1987. V. 62, No 4. P. 1420–1424. https://doi.org/10.1063/1.339646.

7. Yang G.M., Sessler G.M. Radiation-induced conductivity in electron-beam irritated insulating polymer films // IEEE Trans. Electr. Insul. 1992. V. 27, No 4. P. 843–848. https://doi.org/10.1109/14.155808.

8. Hayashi K., Yoshino K., Inuishi Y. Carrier mobilities in insulating polymers measured by time of flight method // Jpn. J. Appl. Phys. 1975. V. 14, No 1. P. 39–45. https://doi.org/10.1143/JJAP.14.39.

9. Kurtz S.R. Observation of electron transport in polyethylene terephthalate and the radiation hardening of dielectrics // Appl. Phys. Lett. 1985. V. 46, No 11. P. 1105–1107. https://doi.org/10.1063/1.95724.

10. Fan W.C., Drumm C.R., Roeske S.B., Scrivner G.J. Shielding considerations for satellite microelectronics // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1996. V. 43, No 6. P. 2790–2796. https://doi.org/10.1109/23.556868.

11. Kurtz S.R., Hughes R.C. Radiation-induced photoconductivity in polymers: Poly(vinylidene fluoride) compared with polyethylene terephthalate // J. Appl. Phys. 1983. V. 54, No 1. P. 229–237. https://doi.org/10.1063/1.331746.

12. Lenhart J.L., Cole P.J., Cole S.M., Schroeder J.L., Belcher M. Radiation tolerant polymeric films through the incorporation of small molecule dopants in the polymer matrix // J. Appl. Phys. 2008. V. 103, No 2. Art. 024908. https://doi.org/10.1063/1.2832755.

13. Klein R.J., Schroeder J.L., Cole S.M., Belcher M.E., Cole P.J., Lenhart J.L. Reduction of radiationinduced conductivity in poly(ethylene terephthalate): Effect of dopant structure // Polymer. 2008. V. 49, No 11. P. 2632–2635. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2008.03.048.

14. Lardon M., Lell-döller E., Weigl J.W. Charge transfer sensitization of some organic photoconductors based on carbazole // Mol. Cryst. 1967. V. 2, No 3. P. 241–266. https://doi.org/10.1080/15421406708083419.

15. Melz P.J. Photogeneration in trinitrofluorenone–poly(N–vinylcarbazole) // J. Chem. Phys. 1972. V. 57, No 4. P. 1694–1699. https://doi.org/10.1063/1.1678457.

16. Hughes R.C. Bulk recombination of charge carriers in polymer films: Poly-N-vinylcarbazole complexed with trinitrofluorenone // J. Chem. Phys. 1973. V. 58, No 6. P. 2212–2219. https://doi.org/10.1063/1.1679494.

17. Klein R.J., Cole S.M., Belcher M.E., Schroeder J.L., Cole P.J., Lenhart J.L. Radiation tolerance in polymeric dielectrics by small-molecule doping, part I: Dopant uptake as a function of temperature, time, and chemistry // Polymer. 2008. V. 49, No 25. P. 5541–5548. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2008.08.067.

18. Wunderlich B. Thermal Analysis of Polymeric Materials. Berlin, Heidelberg: Springer, 2005. xvi, 894 p. https://doi.org/10.1007/b137476.

19. Lide D.R. Basic Laboratory and Industrial Chemicals: A CRC Quick Reference Handbook. Boca Raton, FL: CRC Press, 1993. 384 p. https://doi.org/10.1201/9780429333026.

20. Kurtz S.R., Arnold C., Hughes R.C. Development of a radiation hardened polymer dielectric by chemical doping // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1983. V. 30, No 6. P. 4077–4080. https://doi.org/10.1109/TNS.1983.4333084.