有機(jī)混合物體系的介電亞微相態(tài)特征分析論文

　　混合物是由兩種或多種物質(zhì)混合而成的物質(zhì)。 混合物沒有固定的化學(xué)式，無固定組成和性質(zhì)，組成混合物的各種成分之間沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將他們保持著原來的性質(zhì)?；旌衔锟梢杂梦锢矸椒▽⑺镔|(zhì)加以分離。沒有經(jīng)化學(xué)合成而組成。以下是學(xué)習(xí)啦小編為大家精心準(zhǔn)備的：有機(jī)混合物體系的介電亞微相態(tài)特征分析相關(guān)論文。內(nèi)容僅供參考，歡迎閱讀!

　　有機(jī)混合物體系的介電亞微相態(tài)特征分析全文如下：

　　對復(fù)雜化學(xué)體系特征及其分析測試技術(shù)的研究，一直是化學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。“亞微相態(tài)”一般是指混合物體系中各組分在分散介質(zhì)中的尺寸、形狀、均勻性等相形態(tài)方面的特征，其特征解析是復(fù)雜化學(xué)體系的重要評(píng)價(jià)手段。

　　對于復(fù)雜有機(jī)混合物體系來說，其綜合性能特征既與單個(gè)組分的性能特征相關(guān)，又決定于組分之間的協(xié)同效應(yīng)?；旌衔矬w系組分之間亞微相態(tài)特征的評(píng)價(jià)技術(shù)是目前合金和高分子材料性能表征和機(jī)理研究的重要技術(shù)手段，與復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱性能和流變性能等有重要聯(lián)系。目前，一般利用掃描電子顯微鏡和紅外顯微鏡來觀察獲取亞微相態(tài)特征。例如，結(jié)合微區(qū)觀察和紅外光譜測量功能的紅外顯微鏡技術(shù)，以及結(jié)合能譜分析的掃描電鏡分析技術(shù)，均能夠觀察到被測樣品的外觀形態(tài)、物理微觀結(jié)構(gòu)以及某特定微小部位的化學(xué)結(jié)構(gòu)，但對于組分之間相關(guān)作用過程的解析能力非常有限。

　　復(fù)雜有機(jī)混合物體系的典型代表包括高分子共聚物材料和潤滑油體系等。筆者認(rèn)為，要對這類混合物體系內(nèi)部組分之間相互作用的結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，必須考慮到組分之間較為“松散”的相互作用力。這種相互作用力，其本質(zhì)是組分分子之間的極性差異導(dǎo)致組分之間形成的相對聚集體，這種相對聚集體在尺度上介于微觀分子和較為粗大的宏觀界面分散介質(zhì)之間，即筆者提出的介電亞微相態(tài)，是反映復(fù)雜有機(jī)混合物體系穩(wěn)定性等綜合性能的重要表征。

　　介電譜是在寬廣的頻率范圍內(nèi)研究電磁波與物質(zhì)相互作用的一種譜學(xué)分析方法，是光譜技術(shù)向低頻的延續(xù)，通過測量介電參數(shù)與頻率的依賴性，分析介電弛豫現(xiàn)象的極化機(jī)制與體系組成和結(jié)構(gòu)特征的相互聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)對體系性能的表征。目前，介電譜在非均勻體系分析中應(yīng)用較廣，如細(xì)胞濃度的測量、W/O乳狀液中水的體積分?jǐn)?shù)的測量、膜厚度及性能的測量等。國內(nèi)趙孔雙教授對非均勻體系的介電譜解析及實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了大量研究。介電譜也是聚合物分析的重要手段，它和力學(xué)松弛譜法、差示掃描量熱法等一樣均是研究聚合物結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和分子運(yùn)動(dòng)的重要工具，對于分析不均勻聚合物體系中的相變化、相分離、相容性過程具有重要作用。

　　本文對有機(jī)混合物體系的介電亞微相態(tài)的介電譜分析表征進(jìn)行了初步試驗(yàn)探討，證明介電亞微相態(tài)是有機(jī)混合物體系特征的有效表征。

　　1 試驗(yàn)部分

　　1.1 試驗(yàn)儀器及參數(shù)

　　德國novocontrol公司的Alpha-N寬頻介電阻抗譜測試儀，頻率為1×102~1×107 Hz，步距倍數(shù)為1.5，每次采集30個(gè)頻率點(diǎn)的介電譜數(shù)據(jù)(包括實(shí)部和虛部響應(yīng)數(shù)據(jù))。

　　圓形叉指電容傳感器，直徑為3.3 cm，電容叉指電極間距及寬度均為0.45 mm，基底材料為聚四氟乙烯。

　　1.2 試驗(yàn)樣品

　　分散介質(zhì)：某煉油廠采集的-10號(hào)軍用柴油。

　　分散樣品1：壬酸。CAS號(hào)：112-05-0;分子式：C9H18O2;分子量：158.24;分析純。

　　分散樣品2：油酸。CAS號(hào)：112-80-1;分子式：C18H34O2;分子量：282.47;分析純。

　　分散樣品3，4：新潤滑油樣品及對應(yīng)的氧化衰變樣品。新潤滑油為殼牌(Shell)SE/CD 50 發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油;模擬氧化衰變條件：氧化溫度(150±2)℃，氧化過程中通入空氣，并放入純銅絲作為氧化加速催化劑，氧化時(shí)間6 375 min。樣品溫度30 ℃，通過外接直流電源對樣品施加64 V直流偏置電壓。

　　1.3 試驗(yàn)方案

　　1.3.1 均勻分散體系試驗(yàn)

　　考察分散樣品1，2，3，4均勻分散在-10號(hào)軍用柴油后分散體系與柴油分散介質(zhì)本身介電譜信號(hào)的差異。

　　試驗(yàn)步驟：首先，用微量注射器將3 mL -10號(hào)軍用柴油加入到叉指電容傳感器中，采集其介電譜數(shù)據(jù);然后，用微量注射器取0.3 mL分散樣品分別加入到傳感器的柴油分散介質(zhì)中，用玻璃棒攪拌均勻，采集其介電譜數(shù)據(jù)。

　　1.3.2 分散過程試驗(yàn)

　　考察分散樣品1，2，3，4在柴油分散介質(zhì)中的分散過程，探討分散體系介電亞微相態(tài)的變化規(guī)律。

　　試驗(yàn)步驟：首先，用微量注射器將3 mL -10號(hào)軍用柴油加入到叉指電容傳感器中;然后，用微量注射器將0.3 mL分散樣品加入到傳感器的柴油分散介質(zhì)中，并立刻進(jìn)行一次介電譜數(shù)據(jù)采集;此后，每隔2 min進(jìn)行一次介電譜數(shù)據(jù)采集;如果施加64 V直流偏置電壓，則持續(xù)5 min再進(jìn)行介電譜數(shù)據(jù)采集，直流偏置電壓撤除后，立刻進(jìn)行一次介電譜數(shù)據(jù)采集。

　　2 結(jié)果與分析

　　總結(jié)柴油分散介質(zhì)以及分散樣品與柴油分散介質(zhì)形成的均勻分散體系的介電譜檢測數(shù)據(jù)特點(diǎn)如下：

　　1)對于實(shí)部響應(yīng)數(shù)據(jù)來說，各均勻分散體系與柴油分散介質(zhì)幾乎沒有差異。原因是介電常數(shù)的實(shí)部代表物質(zhì)對交變電場能量的儲(chǔ)存能力，由于加入的分散樣品量較少(占分散介質(zhì)體積的1%)，因此不足以對整個(gè)均勻分散體系的電場能量儲(chǔ)存能力帶來較大影響。

　　2)對于虛部響應(yīng)數(shù)據(jù)來說，壬酸和油酸分散樣品與柴油分散介質(zhì)形成的均勻分散體系與柴油分散介質(zhì)的差異較小;新潤滑油和氧化潤滑油分散樣品與柴油分散介質(zhì)形成的均勻分散體系與柴油分散介質(zhì)的差異比較明顯，頻率為100~10 000 Hz。原因在于介電常數(shù)的虛部代表物質(zhì)對交變電場能量的損耗能力，主要體現(xiàn)為體系內(nèi)部分子由于極化電導(dǎo)(率)作用帶來的能量損耗。

　　潤滑油本身是由基礎(chǔ)油和極性功能添加劑組成的混合物體系，當(dāng)潤滑油樣品在柴油分散介質(zhì)中分散均勻后，潤滑油組分在分散介質(zhì)中的均勻度比壬酸和油酸小，在交變電場的作用下，分散不均勻的極性分子發(fā)生極化作用導(dǎo)致整個(gè)分散體系對激勵(lì)電場的能量損耗作用增大，因此其在介電譜虛部響應(yīng)數(shù)據(jù)方面與柴油分散介質(zhì)有明顯差異。此外，還可以看出，氧化潤滑油均勻分散體系的介電譜虛部響應(yīng)數(shù)據(jù)與柴油分散介質(zhì)的差異較新潤滑油均勻分散體系大，這是因?yàn)榻?jīng)歷氧化過程后，氧化產(chǎn)物的形成導(dǎo)致潤滑油的組分種類較新潤滑油多，組分極性也較大，對激勵(lì)電場能量的損耗作用隨之增強(qiáng)。

　　2.2 分散過程的介電譜分析結(jié)果

　　分散樣品1，2，3，4在-10號(hào)軍用柴油中分散時(shí)采集的介電譜數(shù)據(jù)如圖2所示。每個(gè)圖中，上半部分為整體圖，下半部分為局部放大圖。

　　樣品的命名規(guī)則為“×××-數(shù)字-DC-××h”，其中“×××”表示樣品名稱，“數(shù)字”表示第幾次試驗(yàn)，“DC”表示施加64 V直流偏置電壓后立即采集的數(shù)據(jù)，“××h”表示將分散體系靜置“××小時(shí)”。根據(jù)可總結(jié)分散樣品在柴油分散介質(zhì)中分散時(shí)的介電亞微相態(tài)特征如下：

　　1)對于壬酸和油酸在柴油分散介質(zhì)中的分散過程，分散樣品剛加入到分散介質(zhì)后的第1次介電譜檢測，其實(shí)部響應(yīng)數(shù)據(jù)與柴油分散介質(zhì)差異最大;隨著分散樣品在柴油分散介質(zhì)中逐漸分散，差異逐漸縮小。壬酸和油酸分散體系的介電譜虛部響應(yīng)數(shù)據(jù)與柴油分散介質(zhì)之間的差異沒有類似于實(shí)部響應(yīng)數(shù)據(jù)的規(guī)律性變化過程，但也存在一定差異，這種差異要到分散均勻后才能消除。試驗(yàn)結(jié)果與均勻分散體系檢測數(shù)據(jù)一致。

　　2)對于新潤滑油和氧化潤滑油在柴油分散介質(zhì)中的分散過程來說，通過介電譜檢測數(shù)據(jù)可以得出分散體系介電亞微相態(tài)的許多有趣變化規(guī)律。

　　新潤滑油分散體系的介電譜實(shí)部響應(yīng)數(shù)據(jù)與柴油分散介質(zhì)之間的差異較小，但仍能夠觀察到隨著擴(kuò)散的進(jìn)行差異在逐漸縮小。氧化潤滑油分散體系的介電譜實(shí)部響應(yīng)數(shù)據(jù)與柴油分散介質(zhì)之間的差異較為明顯，且隨著擴(kuò)散的進(jìn)行差異逐漸增大(中“氧化潤滑油+柴油-1”到“氧化潤滑油+柴油-2”)，直流偏置電壓的施加使得擴(kuò)散過程加劇，導(dǎo)致兩者的差異繼續(xù)增大(中“氧化潤滑油+柴油-3-DC”到“氧化潤滑油+柴油-4”)，將氧化潤滑油分散體系靜置1.5 h(中“氧化潤滑油+柴油-5-1.5 h”)，分散體系在熱運(yùn)動(dòng)作用下趨于均勻，導(dǎo)致分散體系與柴油分散介質(zhì)之間的介電譜實(shí)部響應(yīng)數(shù)據(jù)差異變小，靜置21 h(中“氧化潤滑油+柴油-6-21 h”)，差異仍在變小，繼續(xù)施加直流偏置電壓，分散體系與柴油分散介質(zhì)的介電譜實(shí)部響應(yīng)數(shù)據(jù)基本重合(中“氧化潤滑油+柴油-7-DC”和“氧化潤滑油+柴油-8”)，與均勻體系表現(xiàn)一致，說明此時(shí)分散體系已由非均勻轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆颉?/p>

　　新潤滑油分散體系的介電譜虛部響應(yīng)數(shù)據(jù)與柴油分散介質(zhì)存在較大差異，且表現(xiàn)出隨擴(kuò)散進(jìn)行差異逐漸增大的規(guī)律( “新潤滑油+柴油-1”到“新潤滑油+柴油-3”)，施加直流偏置電壓能夠極大地促進(jìn)這種差異的增大( “新潤滑油+柴油-3”到“新潤滑油+柴油-4-DC”)，短時(shí)間內(nèi)，這種差異將保持在一個(gè)較高水平。氧化潤滑油分散體系的介電譜虛部響應(yīng)數(shù)據(jù)與柴油分散介質(zhì)之間差異的變化規(guī)律是先增大后減小。直流偏置電壓對這種差異的增大和減小均有促進(jìn)作用;分散體系靜置1.5 h后差異達(dá)到最大值，這比介電譜實(shí)部響應(yīng)數(shù)據(jù)滯后，靜置21 h后差異迅速變小，并保持在一定水平。

　　3)施加直流偏置電壓能夠有效促進(jìn)分散樣品在柴油分散介質(zhì)中的擴(kuò)散。 “壬酸+柴油-2”到“壬酸+柴油-3”分散體系的介電譜實(shí)部響應(yīng)數(shù)據(jù)變化量比“壬酸+柴油-3”到“壬酸+柴油-4-DC”分散體系要小，而且第2次施加直流偏置電壓的影響比第1次要小，即“壬酸+柴油-5”到“壬酸+柴油-6-DC”分散體系的介電譜實(shí)部響應(yīng)數(shù)據(jù)變化量較小。這種規(guī)律在“油酸+柴油-3”到“壬酸+柴油-4-DC”分散體系，以及“油酸+柴油-5”到“油酸+柴油-6-DC”分散體系中也可觀測到。

　　對于新潤滑油和氧化潤滑油分散體系，在分散過程中的差異增大階段，施加直流偏置電壓可以促進(jìn)差異增大;在差異減小階段，施加直流偏置電壓又可以促進(jìn)差異減小，具有“雙重”效應(yīng)。

　　根據(jù)以上分析結(jié)果，筆者認(rèn)為復(fù)雜有機(jī)混合物體系分散過程中的介電譜變化特征，其本質(zhì)是體系的介電亞微相態(tài)的體現(xiàn)和表征;這種介電亞微相態(tài)與混合物體系的均勻性以及組分之間的相互作用有著密切關(guān)聯(lián)，是評(píng)價(jià)復(fù)雜有機(jī)混合物體系性能的新手段。

　　3 結(jié)論

　　以壬酸、油酸、新潤滑油及對應(yīng)的氧化潤滑油為分散樣品，以-10號(hào)軍用柴油為分散介質(zhì)，在施加64 V直流偏置電壓和長時(shí)間靜置條件下，利用介電譜分析技術(shù)獲取了不同分散體系的介電亞微相態(tài)變化規(guī)律。

　　1)對于均勻分散體系：0.3 mL分散樣品與3 mL分散介質(zhì)形成的均勻分散體系的介電譜實(shí)部響應(yīng)信號(hào)與柴油分散介質(zhì)幾乎沒有差異;壬酸和油酸均勻分散體系與柴油分散介質(zhì)的介電譜虛部響應(yīng)信號(hào)差異極小，新潤滑油與對應(yīng)氧化潤滑油形成的均勻分散體系與柴油分散介質(zhì)的介電譜虛部響應(yīng)信號(hào)有明顯差異。

　　2)對于非均勻體系的分散過程：0.3 mL分散樣品在3 mL分散介質(zhì)中分散時(shí)，壬酸和油酸分散體系的介電譜實(shí)部響應(yīng)信號(hào)與柴油分散介質(zhì)之間的差異呈現(xiàn)從大到小的變化規(guī)律;介電譜虛部響應(yīng)信號(hào)差異規(guī)律性不顯著，且隨著分散體系均勻性的增加，介電譜實(shí)部和虛部響應(yīng)信號(hào)的差異逐漸消失。

　　新潤滑油分散體系的介電譜實(shí)部響應(yīng)信號(hào)與柴油分散介質(zhì)之間差異較小，但呈現(xiàn)出從大到小的變化規(guī)律;介電譜虛部響應(yīng)數(shù)據(jù)的差異呈現(xiàn)出隨分散進(jìn)行而逐漸增大的規(guī)律。氧化潤滑油分散體系介電譜實(shí)部和虛部響應(yīng)數(shù)據(jù)與柴油分散介質(zhì)之間的差異均呈現(xiàn)出先增大后變小的變化規(guī)律。施加直流偏置電壓對分散體系的分散過程有較大促進(jìn)作用。研究結(jié)果證明，介電譜能夠較好地表征不同分散體系的介電亞微相態(tài)特征。