离子交换树脂悬浊液的介电弛豫谱研究

研究了D354阴离子交换树脂分散在不同浓度KCl溶液中的悬浊液的频率域介电谱,发现在测量频率为106～107Hz处出现了显著的介电弛豫现象,得出了介电常数、电导率以及弛豫时间随KCl溶液浓度的特异的变化关系,理论分析表明,该弛豫是一个以界面极化为主的非单一极化机制的弛豫过程,进而利用Maxwell-Wagner界面极化理论和双电层性质解释了该体系的特异介电行为,得到了树脂悬浊液在外加交变电场下的离子迁移和聚集信息,并确定了该树脂在静态平衡下双电层中对离子的相对离子强度.

介电弛豫谱方法对分子有序聚集体系研究的新进展

介电谱对很多物理和化学问题的解决能作出重要和独特的贡献,因而作为探测物质体系内部性质的一种方法在近十几年来受到极大的关注,文中综述了该方法在以胶束、微乳等为代表的分子有序组合体系中的应用,评述集中在研究背景和现状、基本原理和模型的由来及其演变;对该方法在化学体系中的进一步应用和发展趋势做了展望.

NaA沸石离子交换过程的介电弛豫谱研究

在40Hz～110MHz频率段对不同Ca2+交换度的NaA沸石堆积体系进行了介电测量,并利用Cole-Cole公式及Hanai方法对介电参数和相参数进行拟合与解析.结果表明,随着Ca2+交换度的不断增高,堆积体系的介电增量、弛豫频率、弛豫分布系数以及粒子的电导率均有不同程度的降低,而粒子的介电常数保持不变.通过综合分析弛豫变化规律与离子交换度的内在联系发现,离子交换后Ca2+选择六元环占位,同时六元环和八元环位置的相邻2个Na+被置换;占据六元环的Ca2+与八元环位置的Na+对沸石粒子的极化贡献等价;Ca2+的进入导致沸石孔道内微观电场多样化.

3种玻璃材料的介电弛豫谱

对高分子玻璃材料poly(5-arcyloxymethyl-5-ethyl-1,3-dioxacyclohexane)PAMED,小分子玻璃材料ethanol和glycerol的频域介电弛豫谱进行了数据分析研究.基于两个经验公式的叠加和,把弛豫谱的α与β过程分解开来,给出了它们的参数,研究了它们的相互关系.初步讨论了玻璃材料的脆性与结构的关系以及它们的物理机制.

聚吡咯微粒掺入的聚苯乙烯膜在电解质溶液中的介电弛豫谱及其解析

在40Hz～11MHz频率范围测量了聚苯乙烯膜以及混入聚吡咯粒子的聚苯乙烯膜和电解质溶液构成的体系的介电谱,发现了特异的弛豫现象:纯的和掺入导电性聚吡咯后的聚苯乙烯膜分别显示出单一弛豫和双弛豫的不同模式的介电谱.在Maxwell-Wagner界面极化概念基础上解释了该弛豫机制:高、低频弛豫分别由膜-液界面极化和膜相本身的不均一性引起的.将体系进行了模型化,并利用Hanai理论方法对谱进行了解析,获得了内部电性质的诸多参数.对不同聚吡咯掺入量的膜/溶液体系的介电测量和解析结果表明,电解质溶液的种类、浓度以及膜中混入聚吡咯的量都影响着膜相的介电响应.这些结论为利用加入导电粒子改善绝缘高分子聚合物的电性质的研究以及制备既具有导电功能又使基体的力学性能得到提高的高分子复合物提供了重要的线索.

PS-PBA粒子分散系的介电弛豫谱解析——同、反离子对弛豫的影响及表界面电参数的计算

制备了近纳米级的聚苯乙烯-丙烯酸丁酯(PS-PBA)复合微球粒子,并在40Hz～110×106Hz的宽频范围测量了该粒子分散在9种电解质中时的介电弛豫谱,发现了与PS微球粒子分散系不同的特异介电弛豫:低频弛豫对反离子种类具有敏感性而高频弛豫则与电解质种类几乎无关;根据Shilov-Dukhin模型和M-W-O模型分别分析了高、低频率的弛豫机制,并通过对介电谱的Cole-Cole拟合获得了各体系的介电参数.进一步利用Hanai方法由介电参数计算获得了所有体系的相参数;详细分析了体系的内部参数受PS-PBA微球自身结构以及电解质种类影响的原因;讨论了离子扩散系数对介电参数的影响,从而得出了低、高频的弛豫特征时间分别由同离子的扩散系数和反离子的扩散系数所决定之结论.最后,结合Grosse宽频介电理论计算了粒子表面的以及双电层的主要电参数,并分析了电解质种类差异对这些电参数的影响.

气相二氧化硅溶胶的介电弛豫行为研究

制备了不同浓度的亲水气相二氧化硅/水溶胶和憎水气相二氧化硅/乙醇溶胶,利用阻抗分析仪在102~107 Hz频率范围内测量了这些溶胶的介电谱.观察到分别位于104和105 Hz附近的2个介电弛豫行为,利用Cole-Cole公式对其进行了拟合并准确获得了这些弛豫的特征参数.结果发现,两种溶胶的介电弛豫行为均随气相二氧化硅浓度呈规律性变化.根据这些弛豫的特征及其随气相二氧化硅浓度的变化规律,确定了低频和高频弛豫分别来自于聚集体的对离子极化和界面极化,并进一步讨论了亲水和憎水气相二氧化硅分别在水和乙醇中的表面行为、分散状态及其随气相二氧化硅浓度的变化.

非导电微球悬浊系的介电谱——弛豫机制的考察和界面信息的解析

研究了不同浓度电解质溶液中聚苯乙烯微球悬浊液的介电谱,发现在40Hz^110MHz频率范围内出现了两个明显的弛豫.在介电模型基础上对弛豫原因的理论分析结果表明,千赫兹频域出现的弛豫是由粒子附近双电层中对离子的扩散所致,兆赫兹附近出现的弛豫源于空间电荷在固/液界面的累积.应用Hanai方法计算出体系内部的相参数,获得了微球/溶液界面的电信息,并给出了合理解释.理论计算结果验证了模型和方法的适用性.实验采用透析法调制样品,有效地防止了体系内部粒子二次团聚的发生.

球壳粒子悬浮系模型化研究——内部相参数对介电谱影响的数值模拟

在Hanai理论基础上对球壳粒子悬浮系的介电模型进行了模拟研究,通过用C++的复数类对理论公式的程序化,建立了介电谱的介电参数与体系内部相参数的关系。所得的解析解可方便地模拟介电弛豫谱依不同相参数的变化曲线,计算并分析了内部参数对介电谱的模式以及介电参数的影响因素。

牛乳及其主要成分相的介电谱及解析

测量市售牛乳及其主要成分相蛋白质(胶体溶液)和脂肪(有机溶液和水分散系)的介电弛豫谱,并分别进行介电模型化解析,得到介电参数和相参数,从中获取牛乳,脂肪粒子分散系和蛋白质水溶液的介电和表面性质的信息。研究表明:蛋白质分子被一层结合水包围,使其较高的介电常数降低到水的程度;牛乳中的脂肪颗粒不是实心球体,水分子渗透进入脂肪颗粒内部,这也反映其介电常数与水相差不多。

椰子的成熟度和贮藏品质的介电评估方法

利用介电弛豫谱方法对椰子成熟度以及椰子水的贮藏温度和时间进行了研究。由于椰子水中蔗糖的质量浓度与成熟度有关,因此利用椰子水-蔗糖混合溶液的电导率与蔗糖质量浓度的依存关系,可以判断椰子的相对成熟度。低频电导率谱结果显示,椰子水的电导率随着贮藏时间的延长而逐渐降低,并且室温条件下贮藏时,电导率降低得更快,说明低温更利于椰子水的贮藏。此外,微波段弛豫实际包含了自由水分子和结合水分子两部分贡献,其中结合水分子弛豫强度的变化可以反映椰子水品质的改变。椰子水不同时间的颜色变化说明,开壳椰子水在室温条件下可以保存1 d,而在冰箱中可以保存3 d。

浓差极化的介电模型——复合膜/溶液体系的数值模拟

提出了具有电导率和介电常数线性分布的介质的介电模型,并导出了其内部电的和结构性质的参数与宏观测量的电容和电导之间定量关系的理论表达式,以模拟复合膜中的多孔层部分的介电弛豫行为.大量的模拟计算描述并解释了多孔层介电谱随介电常数分布、厚度等性质而变化的规律.进一步对具有层状构造的复合膜以及复合膜和溶液相组成的多层体系的弛豫行为进行了数值模拟,比较了三个体系(多孔层、复合膜、复合膜/液相层状体系)的介电谱,结果揭示了介电谱对各层性质的依赖关系.所提出的电导率和介电常数线性分布的多孔层的介电模型,也可用于具有其他电导率、介电常数分布规律的体系.