Підпорогові радіаційні ефекти у полімерних матеріалах на основі соєвої олії

Abstract

Методи радіаційної фізики успішно застосовуються для модифікації та дослідження матеріалів. Традиційно увага приділялася випромінюванням високих енергій, де дефекти утворюються внаслідок пружних зіткнень. Однак структурні порушення можуть виникати і при енергіях, нижчих за поріг пружного зміщення атомів – це так звані підпорогові радіаційні ефекти (ПРЕ), які виникають внаслідок електрон-фононної релаксації. Якщо для напівпровідників та діелектриків ці процеси вивчені достатньо глибоко, то для полімерів, чутливих до низькоенергетичного впливу, вони залишалися малодослідженими. У представленій дисертації вперше вивчені підпорогові радіаційні ефекти у полімерних матеріалах на основі акрилованої епоксидованої соєвої олії (AESO), які служать матрицями для новітніх амперометричних біосенсорів. Основні результати дослідження: 1. Доведено, що взаємодія УФ-випромінювання з полімерами має яскраво виражений характер підпорогових радіаційних ефектів. Енергія збуджених електронів передається атомній підсистемі, викликаючи одночасні процеси фотополімеризації та контрольованої фотодеградації (окислювальної деструкції з утворенням C=O та O–H груп). 2. Виявлено специфічні температурні ефекти під час кінетики реакцій: плавне зростання температури при безперервному УФ-опроміненні («атомна температура») та різкі температурні стрибки при переривчастому освітленні («електронна температура»). 3. Встановлено фундаментальну роль вільного об’єму (нанопорожнин) у структурних перетвореннях. Продемонстровано пряму кореляцію між параметрами вільного об’єму полімерної матриці та електрохімічними характеристиками біосенсорів. 4. Експериментально зафіксовано вплив радіаційно-стимульованої дифузії вільних радикалів, яка відбувається вздовж просторового градієнта, утвореного внаслідок неоднорідного поглинання УФ-випромінювання в товщі зразка. Практичне значення: З’ясування механізмів підпорогових радіаційних ефектів у полімерах важливе для підвищення радіаційної стійкості полімерних матеріалів і приладів; встановлення особливостей електрон-решіткових взаємодій у полімерах важливо для розуміння природи активаційних процесів в інших матеріалах; висновки щодо ролі вільного об’єму в активаційних процесах у полімерах можуть бути застосовні при розгляді радіаційної стійкості інших матеріалів; застосовані підходи при дослідженнях позитронної анігіляційної спектроскопії можна використати щодо великого кола матеріалів; можливості радіаційної модифікації полімеру у широких межах дозволяє значно удосконалити параметри біосенсора. Цілеспрямована модифікація морфології полімерних сіток з урахуванням виявлених підпорогових ефектів дозволила суттєво підвищити ефективність іммобілізації ферменту (лаккази). Сконструйовані біосенсори продемонстрували підвищену до 2,2 рази чутливість та високу спорідненість до субстрату (катехолу, ABTS) порівняно зі стандартними покриттями, що відкриває нові можливості для екологічного моніторингу стічних вод.