И микросистем»

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине:       Физические методы исследования _                     

______________________________________________________________________________

На тему: Диэлектрические методы исследования тонких пленок        

Студент гр.  1НАН-4ДБ-043    _______________________/ Ткаченко Т.П. /

                                                                                                         (подпись)                                    (Фамилия, имя, отчество)

Руководитель _____________________________________/     Козлов Н.А. /

                                                                                   (подпись)                                               (Фамилия, имя, отчество)

К з а щ и т е д о п у с т и т ь

Зав. кафедрой ТКМКМ                                                            /Бабаевский П.Г./

                                                                                   (подпись)                                               (Фамилия, имя, отчество)

“___”__________________ 20____г.   

Оценка ______________________ Дата защиты __________________

Председатель комиссии _______________________/___________________/

                                                                                   (подпись)                                (Фамилия, имя, отчество)

МОСКВА – 2019

Содержание

Введение. 3

1 Физические основы метода диэлектрической спектроскопии. 4

1.1 Основные представления о диэлектрических свойствах. 4

1.2 Релаксационная теория дипольно-ориентационной поляризации Дебая. 6

1.3 Диэлектрическая релаксация и температурно-частотные зависимости диэлектрических свойств в переменном электрическом поле. 9

2 Методы измерения диэлектрических спектров. 16

2. 1 Мостовые методы.. 17

2. 2 Коаксиальные методы.. 18

2. 4 Квазиоптические методы.. 19

2. 5 Импедансный метод. 20

2.5.1 Аппаратура и ее работа. 21

2.5.2 Методика выполнения экспериментов и подготовка образцов. 23

2.5.3 Анализ диэлектрических спектров. 24

3 Возможности диэлектрических методов в изучении локальных подвижностей звеньев и участков цепи, релаксационных переходов, времен релаксации. 30

3.1 Диэлектрический спектр полимера ОАБ-ДК1. 30

3.2 Исследования методом диэлектрической спектроскопии полиимидных пленок и обработка полученных данных. 34

Заключение. 37

Список литературы.. 38

Введение

Экспериментальное изучение диэлектрических свойств материалов, охватывающие как процессы проводимости, так и поляризации, проводящиеся при частотах от нескольких микрогерц до десятков терагерц, впервые систематически интерпретированы в терминах молекулярных процессов в рамках теории Дебая. Он показал, что переориентационные движения полярных молекул приводят к появлению диэлектрической дисперсии, которая сопровождается диэлектрическим поглощением. Связь между диэлектрической проницаемостью (диэлектрической постоянной) и дипольным моментом молекулы послужила основой для изучения молекулярной структуры вещества.

Для решения этих задач используются современные физические и физико-химические методы исследования: дифракционные и термодинамические методы, диэлектрическая, инфракрасная спектроскопия и т. д. Среди этих методов важное место принадлежит диэлектрической спектроскопии, получившей в последнее десятилетие значительное теоретическое и экспериментальное развитие. Исследования диэлектрических свойств позволяют получать обширную информацию об их молекулярной структуре, межмолекулярных взаимодействиях, кинетике и механизмах молекулярных процессов.

       Цель курсовой работы состоит в рассмотрении метода диэлектрической спектроскопии и анализа его возможности для изучения  температур фазовых переходов, расчета энергии активации процессов, определение температуры стеклования, определение значения основных диэлектрических параметров в тонких полимерных пленках.

Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:

1. Рассмотреть физические основные метода диэлектрической микроскопии – поляризацию, диэлектрическую проницаемость, диэлектрические потери, диэлектрический отклик в частотной и временной областях;

2. Рассмотреть различные методы измерения диэлектрических спектров, устройство и работу аппаратуры для таких измерений, способы обработки полученной информации;

3. Описать физические основы выполнения анализа диэлектрических спектров и выявить методику их анализа;

4. Выявить связь состава и структуры тонких пленок из полимеров и их влияние на диэлектрические свойства и температурные переходы материала.

В соответствии с поставленными в работе задачами она состоит из трех глав.

В первой главе рассматриваются диэлектрические характеристики, такие как поляризация диэлектрика, диэлектрическая проницаемость,  диэлектрическая восприимчивость. Описываются понятия тангенса угла диэлектрических потерь и комплексной диэлектрической проницаемости с указанием их физического смысла и влиянием структуры и состава материалов.

Во второй главе рассмотрены различные методы диэлектрической спектроскопии, такие как мостовой метод, коаксильный, квазиоптический. Подробно рассмотрен метод импедансного анализа, аппаратура для данного метода, подготовка образцов и методика выполнения эксперимента и анализа диэлектрических спектров.

В третьей главе рассмотрены диэлектрические спектры для полимера ОАБ-ДК1 и полиимидных пленок. Проанализированы основные формы молекулярной подвижности, выявлены релаксационные переходы и времена релаксации.