Способ измерения сигнала электронного парамагнитного резонанса углеродных материалов

 

CoIo3 Советских

Соцналистическик республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К AITOPCKOÍÓ С ЯЛЬСТВУ

<1873078 (61) Дополнительное к а|т. сеид-ву (2?) Заявлено 250979 (21) 2823206/18-25 с присоединением заявки Но (23) Г)рморитет

Опубликовано 15.1081. Бюллетень Н9 38

Дата опубликования описания 15. 10. 81

> (51)М. Клз

G 01 N 24/10

Государственный комнтет

СССР но дедам нзобретеннй н открытнй (53)УДК 538.083.2 (088.8) (72) Авторы изобретем ия убинч3йк-i

A.Ñ. Котосонов, В.С.Тверской, П.И.P и Б.Г.Остронов (71) Заявитель (54) СНОСОВ ИЗИЕРЕНИЯ СИГНАЛА

ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО °

РЕЗОНАНСА УГЛЕРОДНЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к исследованию физико — химических свойств веществ методом электронного парамагнитного резонанса .(ЭПР), в частности материалов на основе углерода (УИ).

Измерения сигнала ЭПР при высоких температурах имеют важное значение научно - прикладного характера, так как анализ спектров ЭПР в широком ин- 1О тервале температур позволяет получить информацию о пространственной и электронноэнергетической структуре

УМ . Вместе с тем корректное измерение сигнала ЭПР уже при комнатной температуре (300 К) зачастую осложняется релаксационным вэаимодействидм

ПМЦ с примесью хемосорбированного кислорода, практически всегда содер" жащегося в структуре УМ g не удаляющегося при глубоком (10 "10 Т) вакуумировании (так называемый кислородный эффект). В этих случаях сигнал

ЭПР УМ или соответствует, или .настолько уширен,что трудно поддается анализу с применением известных методов обсчета спектров ЭПР.

Известен способ измерения сигналаЭПР, применяемый в области как низких (ниже 300 К), так и высоких (выше 300 к) температур. способ заключа- 30 ется в том, что УИ подвергают термической обработке в .атмосфере газообразного хлора при их температуре получения. Полученные таким образом пробы вакуумируют и затем регистрируют сигнал ЭПР при заданной температуре. При этом предполагается, что хлор при термической обработке ингибирует процесс хемосорбции кислорода в

УИ (11 .

Однако указанный способ позволяет получать воспроизводимый и надежно региструемый сигнал ЭПР лишь при температурах < 300 К. Применение этого способа для измерения сигнала ЭПР при высоких температурах приводит к уширению спектров ЭПР, резкому уменьшению интенсивности сигнала ЭПР вплоть цо ненаблщдаемого значения. Воспроизводимый сигнал ЭПР удается регистрировать с применением данного способа, однако дпя этого пробы необходимо приготовлять в виде монолитных. образцов, что не позволяет получать точных значений парамагнитной восприимчивости, так как спектры ЭПР имеют дайсоновскую форму линии эа счет проявления скин — эффекта, анализ которой требует введения. ряда приближений. Кроме того, приготовление пробЪв

873018 виде монолитов возможно лишь для ограниченного класса УМ (например, пироуглеродов).

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ, содержащий приготовление проб, термическую тренировку и регистрацию спектров ЭПР при заданной температуре (2).

Недостатком данного способа является невоспроизводимость сигнала ЭПР проб УМ при повторных измерениях при высоких температурах, проявляющаяся в уменьшении интенсивности сигнала

ЭПР по сравнению с начальной уширении спектров 3IIP, что приводит к уменьшению точности измерений. Недостатки 15 известного способа обусловлены отсутствием защитной среды в ампуле с пробой, вследствие чего при измерениях реализуется релаксационное взаимодействие хемосорбированного кислорода с щ

ПМЦ.

Цель изобретения - повышение точности и воспроизводимости измерений сигнала ЭПР УМ при высоких температурах.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе измерение сигнала ЭПР УМ при температурах выше

300 K содержащем приготовление проб, термическую тренировку и регистрацию спектров ЭПР при заданной температуре, термическую тренировку и регистрацию проводят в атмосфере газообразного хлора.

Термическая тренировка пробы в атмосфере хлора, а также присутствие хлора под избыточным давлением в ам- пуле с пробой в процессе измерения при высоких температурах создает защитную среду, которая, с одной сторо. ны, препятствует натеканию атмосфер- 40 ного кислорода, что позволяет прово-. дить многократные измерения сигнала

ЭПР при высоких температурах, а с другой стороны — предохраняет ПМЦ от релаксационного взаимодействия с сохранившимся в. структуре УМ кислородом.

Пример. В интервале 300-1000К измеряют сигнал ЭПР порошкообразных проб УМг кокса, КНПС, поликристаллического графита, углеситалла с бором (УСБ), углеродного волокна (УВ) с температурами получения 1500 С, 2800 С, 2200 С соответственно. После термйческой обработки УМ в атмосфере хлора при температуре получения про- 55 водят термическую тренировку проб при

1200-1300 К в атмосфере хлора. Затем ампулу с пробой, заполненную хлором, помещают в спектрометр ЭПР и регистрируют спектры ЭПР в интервале 300- д»

1000 К. Давление газообразного хлора в ампуле с пробой УМ составляет

1, 5 кг/см, На фиг. 1 — 3 представлены температурные зависимости парамагнитной восприимчивости для поликристаллического графита (1), кокса (2), углеситалл с бором (УСБ) и углеродного волокна УВ (3), полученные по предлагаемому способу (показаны экспериментальными точками и (ь ) для УСБ), в сравнении с температурнымй зависимостями тех же материалов, полученных по способу в соответствии с известным способом (пунктирные линии).

Значения парамагнитной ФОсприимчивости приведены в единицах х /х, где xT - парамагнитная восприимчивость при заданной температуре1 х — парамагнитная восприимчио вость при комнатной (300 К) температуре.

Результаты, полученные по предлагаемому способу, хорошо согласуются с расчетными (сплошные линии на фиг.1) . Вместе с тем, характер температурных зависимостей сигнала ЭПР проб УМ, полученных с применением известных способов, указывает„ на невозможность получения корректных результатовг значения парамагнитной восприимчивости не воспроизводятся при повторных измерениях и уменьшаются вплоть до ненаблюдаемого .значения.

Таким образом, предлагаемый способ измерения сигнала ЭПР при высоких температурах обладает преимуществом по сравнению с известными способами, так как позволяет регистрировать сигнал ЭПР с повышенной точностью и надежной воспроиэводимостью.

Формула изобретения

Способ измерения сигнала электронного парамагнитного резонанса углеродных материалов, содержащий приготовление проб, термическую тренировку проб и регистрацию спектров ЭПР при заданной температуре,о т л и ч а юшийся тем,что,с целью повышения точности и воспроизводимости измерений,термическую тренировку и регистрацию проводят в атмосфере газообразного хлора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Котосонов А.С. Сигнал ЭПР в графитирующих и неграфитирующих углеродных материалах. ДАН СССР, т. 196, 1971, с ° 637.

2. Paersch М.Э., Fromke F.Í., Бспгой er W. Carbon . 1977, 15,р. 247250 (прототип).

87 3078

Ьг.!

У,б г.t

Тим. A и .Я

Составитель В.Покатилов

Редактор П.Коссей Техред M.Ãîëèíêà Корректор М.Демчик

Заказ 9020/б7 тираж 910 Подписное

ВНИИПИ 1 осударственного комитета СССР цо делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент г Ужгород ул Проектная 4