2 – светоизолирующая ячейка;

      3 – ртутная лампа низкого давления для возбуждения люминесценции;

      4 – светофильтр УФС-1;

      5 – монохроматор МРД-24;

      6 – фотоумножитель ФЭУ-100;

      7 – питание для ФЭУ;

      8 – усилитель постоянного тока;

      9 -самопишущий потенциометр Н-307/1. 

      Образец (1) помещался в ячейку (2). Измерение  спектров образцов проводилась при  температуре 77К. Для этого в ячейку с образцом заливали жидким азотом. Входное окно ячейки представляло из себя кварцевою трубку (световод), которая вплотную придвигалась к образцу. Такая конструкция позволяла максимально уменьшить рассеяние УФ излучения в жидком азоте. Люминесценция образца (1) возбуждалась с помощью ртутной лампы низкого давления (3). Между входным окном ячейки и лампой (3) помещался светофильтр УФС-1 (4). Свечение полиэтилена через кварцевый световод поступало на монохроматор (5). Оптический сигнал на выходе монохроматора (5) поступал на фотоумножитель.  Напряжение питания ФЭУ подавалось от источника постоянного тока Б5-24 (7) и имело величину 1200 В. Сигнал с ФЭУ поступал на усилитель постоянного тока (8), а затем регистрировался самопишущим потенциометром Н-307/1 (9).

      Данная  установка позволяла регистрировать спектр люминесценции полиэтилена  в видимой области спектра.

       3.2. Спектр свечения полиэтилена.

      Нами  проведены исследования свечения образцов полиэтилена – исходного (несшитого) («Казаньсинтез» 153-02К) и сшитого по силановой и пероксидной методике. Исследование показало, что все образцы при комнатной температуре не люминесцируют.

      На  рисунках 3.2.1 и 3.2.2 показаны полученные спектры излучения сшитого полиэтилена.

      Исследование  фотолюминесценции полиэтилена  проводилось при температуре кипения жидкого азота (77К). В качестве источника возбуждения использовалась ртутная лампа низкого давления. Эксперимент показал, что исходный (несшитый) полиэтилен  не люминесцирует, тогда как сшитый заметно светится в области длин волн от 340 до 600 нм. Спектр свечения имеет один максимум свечения на длине волны 387 нм (рис 3.2.1) .

  Рис 3.2.1. Фотолюминесценция силаново сшитого полиэтилена при температуре 77К.

      Рис 3.2.2. Фотолюминесценция пероксидно сшитого полиэтилена при температуре 77К 

      В отличие от спектра полиэтилена  сшитого по силановому  методу полиэтилен сшитый по пероксидному методу имеет два максимума на длинах волн 420 нм и 450 нм (рис 3.2.2).[8]

      По  виду спектров полиэтиленов можно утверждать, что в исследуемом диапазоне  пероксидная сшивка приводит к появлению двух центров (уровней) рекомбинации, тогда как при силановой сшивке появляется один центр рекомбинации. Для пероксидной сшивки глубина залегания рекомбинациионного уровня соответствует энергиям 2,8 эВ и 2,6 эВ, для силановой - 3,1эВ. Оценка глубины залегания проводилась по максимуму спектра свечения. Центрами свечения фотолюминесценции могут служить как добавки, которые вводят в материал при пероксидном и силановом методах сшивки, так и побочные продукты, возникающие в результате химических реакций.

       3.3. Установка для  исследования полиэтилена  методом термостимулированной люминесценции.

      Блок-схема  установки показана на рисунке 3.3.1.  Образец (1) помещался в криостат (2) и охлаждался до температуры 77К. Для устранения появления инея на поверхности образца в криостате создавался вакуум с помощью форвакуумного насоса (3). Степень откачки контролировалась с использованием термопарной лампы (4) и вакуумметра ВТ-2А (5). После охлаждения образец возбуждался излучением ртутной лампы высокого давления (6). Возбуждение длилось в течение 5 минут.

      После полного затухания люминесценции проводился нагрев образца с помощью печки (13), в качестве которой служила кварцевая лампа КГМ 24-150. Температура и скорость нагрева контролировалась с помощью термопары медь-константан (8), сигнал с которой регистрировался по абсциссе двухкоординатного самопишущего потенциометра (9). При повышении температуры образца, электроны высвобождались с мелких уровней захвата и, в последующим, рекомбинировали на центрах рекомбинации с излучением квантов света. Интегральная люминесценция при этом измерялась с помощью фотоумножителя ФЭУ-100 (10). Сигнал с последнего усиливался усилителем постоянного тока (11) и подавался на ось ОУ потенциометра (9). При увеличении температуры перо самопишущего потенциометра сдвигалось вдоль абсциссы. Интенсивность люминесценции при этом определялась по отклонению пера вдоль ординаты. Таким образом, на ленте потенциометра получалась зависимость интенсивности люминесценции от температуры.[4]

Рис. 3.3.1.  Блок-схема установки для исследования образца методом термовысвечивания.

1. образец полиэтилена;
2. криостат;
3. форвакуумный насос;
4. термопарная лампа;
5. вакуумметр ВТ-2А;
6. ртутная лампа;
7. термостат;
8. Термопара медь-константан;
9. потенциометр самопишущий;
10. фотоумножитель ФЭУ-100;
11. усилитель постоянного тока;
12. пускорегулирующее устройство ртутной лампы;
13. печка;
14. источник питания печки.

       3.4. Исследование центров  прилипания сшитого  полиэтилена.

      В работе исследовалось термовысвечивание  сшитого полиэтилена. Для  этого  при температуре жидкого азота  образец возбуждался ультрафиолетовым светом в течение 5 минут. Затем возбуждение отключалось. В течение пяти минут послесвечение образца затухало. После полного затухания образец нагревали. Температуру контролировали с помощью термопары медь-константан. По мере нагревания измеряли интенсивность свечения полиэтилена. Результат измерений показан на рисунке 3.4.1.

      Рис. 3.4.1. Зависимость термолюминесценции сшитого полиэтилена от температуры. 

      Кривая  зависимости высвечивания от температуры  имеет один максимум, что говорит о существовании одного вида центров захвата для электронов или дырок. Исследование кривой термовысвечивания показало, что при высвечивании вероятность повторного захвата преобладает над вероятностью рекомбинации (зависимость I  от 1/Т является  линейной и пик термовысвечивания ассиметричен так, что δ/δ2 <2). Что позволило нам при расчёте глубины залегания уровней прилипания воспользоваться приближённой формулой Лущика . Расчёт глубины залегания уровней прилипания показал, что величина энергетического зазора уровней захвата приблизительно равна 0,1 эВ. Расчеты энергетического зазора уровней захвата по формуле Парфиановича дали такой же результат, что и при расчете по приближенной формуле Лущика.

       Заключение.

     По  результатам курсовой работы можно сделать следующие выводы:

• обнаружено, что в отличие от не сшитого полиэтилена, сшитый полиэтилен светится. Причем полиэтилен, сшитый по пероксидному методу имеет два максимума с длинами волн λ_1max=420 нм и λ_2max=450 нм, а полиэтилен, сшитый по силановому методу имеет один максимум с длинной волны λ_max=387 нм;
• исследованы центры захвата у силаново сшитого полиэтилена методом термолюминисценции. Оказалось, что глубина залегания центров приблизительно равна 0,1 эВ;
• для пероксидной сшивки глубина залегания рекомбинациионного уровня соответствует энергиям 2,8 эВ и 2,6 эВ, для силановой - 3,1эВ. Оценка глубины залегания центра свечения проводилась по максимуму спектра свечения.

     Список  литературы.

1. Адирович  Э.И. Некоторые вопросы теории люминесценции кристаллов. –М.: Гостехтеретиздат, 1956, 350 с.
2. Гурвич А.М. Введение в физическую химию кристаллофосфоров. –М.: Высшая школа, 1971, 336 с.
3. Головина А.П., Лёвшин Л.В. Химический люминесцентный анализ неорганических веществ. –М.: Химия, 1987, 248с.
4. Девятых Э.В., Горюнов В.А., Гришаев В.Я. Люминесценция кристаллов и ее применение. - Саранск: Изд-во Мордов. Ун-та, 2009, 176 с.
5. Лёвшин В.Л., Лёвшин Л.В. Люминесценция и её применение. –М.: Наука, 1972,    183 с.
6. Столяров К.П., Григорьев Н.Н. Введение в люминесцентный анализ неорганических веществ. –М.: Химия, 1967, 364 с.
7. Фок М.В. Введение в кинетику люминесценции кристаллофосфоров. –М.: Наука, 1964,283 с.
8. Цыганова М., Гришаев В.Я. Исследование сшитого полиэтилена методами люминесцентного анализа. ХХХVI Огарёвские чтения.\ Материалы научной конференции, ч. 2, Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2008. С. 162-164.