+ All Categories
Home > Documents > prednaska12 [Režim kompatibility] - Univerzita Karlova · 2016. 1. 10. · Pozitronium •...

prednaska12 [Režim kompatibility] - Univerzita Karlova · 2016. 1. 10. · Pozitronium •...

Date post: 16-Feb-2021
Category:
Upload: others
View: 0 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
59
Pozitronium • schéma kanálů pro anihilaci pozitronu v pevné látce W. Brandt 1983
Transcript
  • Pozitronium

    • schéma kanálů pro anihilaci pozitronu v pevné látce

    W. Brandt 1983

  • Pozitronium

    • Pozitronium (Ps) - vodíku-podobný vázaný stav pozitronu a elektronu( ) p ý ý p

    • singletní stav 1S0, para-pozitronium (p-Ps), opačně orientované spiny (S = 0, Ms = 0)

    • doba života ve vakuu 125 ps (2 self-anihilace) 2doba života ve vakuu 125 ps (2 self anihilace) 520 cm

    • tripletní stav 3S1, ortho-pozitronium (o-Ps), souhlasně orientované spiny (S = 1, Ms = -1, 0, 1)9 h

    • doba života ve vakuu 142 ns (3 self-anihilace) 92 262029

    cmh

    • maximální doba života pozitronu v materiálu max = 500 ps

    13111

    PsoPsp

    44

    1max

  • Pozitronium

    • Pozitronium (Ps) – energetické hladiny ( ) g y

    • analogicky jako u atomu vodíku, ale redukovaná hmotnost je zhruba poloviční

    • redukovaná hmotnost Ps:0

    2111mmm

    ee

    224

    0

    2

    20

    220

    2

    4

    2 441

    81

    em

    nhe

    nEn

    • energetické hladiny Ps:

    ce2 4 11051111 3

    • základní stav Ps: eV86E

    ce 04 eV8.61eV1374

    1051114

    122

    3

    2220

    2 nncm

    nEn

    • základní stav Ps: eV8.61 E

    • 1. excitovaný stav Ps: eV7.12 E

    • ’velikost’ Ps: 1Å

  • Vznik pozitronia

    • Oreho model

    • Ps vzniká v izolantech během termalizace pozitronu

    • v oblasti energií Ei – EP < E < E (Oreho pás)v oblasti energií Ei EPs < E < Eex (Oreho pás)

    • Ei – ionizační energie

    • EPs = 6.8 eV – vazebná energie Ps

    • Eex – nejmenší excitační energie elektronuex j g

    • Spur model

    • pozitron je během termalizace doprovázen oblakem volných elektronů vzniklých ionizací

    • Ps vzniká interakcí pozitronu s jedním z těchto elektronů• Ps vzniká interakcí pozitronu s jedním z těchto elektronů

  • Volný objem

    • polymery

    • nedokonalé (tj. ne nejtěsnější možné) uspořádání polymerních řetezců

    l ý bj• volný objem

    occupiedtotalfree VVV

    • frakční volný objem

    Vfreetotal

    freeV V

    Vf

    Voccupied• typický rozměr volných objemů Å• relaxační doba 10-13 s

  • Volný objem

    • polymery

    • nedokonalé (tj. ne nejtěsnější možné) uspořádání polymerních řetezců

    l ý bj• volný objem

    occupiedtotalfree VVV

    • frakční volný objem

    total

    freeV V

    Vf

    • typický rozměr volných objemů Å• relaxační doba 10-13 s

  • Pick-off anihilace o-Ps

    • Ps je lokalizováno ve volných objemech

    • pick-off anihilace výrazně zkracuje dobu života o-Ps

    j ý j

    • doba života o-Ps ve volném objemu o poloměru R• doba života o-Ps ve volném objemu o poloměru R

    12sin111

    RR sin2

    12

    RRRRPso

    • R = 1.656 Å

  • Pick-off anihilace o-Ps

    • Ps je lokalizováno ve volných objemech

    • pick-off anihilace výrazně zkracuje dobu života o-Ps

    j ý j

    • doba života o-Ps ve volném objemu o poloměru R25

    30

    • doba života o-Ps ve volném objemu o poloměru R

    12sin111

    RR -Ps (n

    s)

    15

    20

    sin2

    12

    RRRRPso

    o-

    5

    10

    • R = 1.656 ÅR (nm)

    0 20 40 60 80 1000

  • Pick-off anihilace o-Ps

    • Ps je lokalizováno ve volných objemech

    • pick-off anihilace výrazně zkracuje dobu života o-Ps

    j ý j

    • doba života o-Ps ve volném objemu o poloměru R100

    • doba života o-Ps ve volném objemu o poloměru R

    12sin111

    RR o-P

    s (ns

    )

    10

    sin2

    12

    RRRRPso

    1

    • R = 1.656 ÅR (nm)

    0.1 1 10 100

  • Pick-off anihilace o-Ps

    • Ps je lokalizováno ve volných objemech

    • pick-off anihilace výrazně zkracuje dobu života o-Ps

    j ý j

    • doba života o-Ps ve volném objemu o poloměru R• doba života o-Ps ve volném objemu o poloměru R

    12sin111

    RR sin2

    12

    RRRRPso

    • R = 1.656 Å

    • minimální rozměr volného objemu: 2R 3Å

  • Pick-off anihilace o-Ps

    • distribuce velikostí volných objemů

    kt d b ži t it ů• spektrum dob života pozitronů

    d31 tPst

    Ps

    ti eIeIeItS Pspi

    044PsPs

    i i

    • log-normální rozdělení pdf anihilačních rychlostí o-Ps

    2

    0

    20

    0 2lnlnexp1

    21

    (Gaussovské rozdělní N (0, 0) v logaritmické škále)

    • střední hodnota doby života o-Ps: 2exp11 20

    00

    dPso

    • standardní odchylka doby o-Ps: 111 2000

    22

    edPsoPso

  • Pick-off anihilace o-Ps

    • distribuce velikostí volných objemů

    kt d b ži t it ů• spektrum dob života pozitronů

    d31 tPst

    Ps

    ti eIeIeItS Pspi

    044PsPs

    i i

    • rozdělení (pdf) velikostí volných objemů

    RRR

    RRR

    2sin

    2112

    212cos2

    RRRR

    RR

    dRdRH

    2

    0

    20

    0 2lnlnexp1

    21

    RRdR

    • korekce na to, že záchytová rychlost je závislá na velikosti volného objemu: RRK 81

    RKRRRR

    RR

    dRdRH 2

    12cos2

    RKRRdR

  • Pick-off anihilace o-Ps

    • rozdělení (pdf) velikostí volných objemů:

    RKRRRR

    RR

    dRdRH 2

    12cos2

    • rozdělení (pdf) volných objemů(p ) ý j

    dVdRVRHVF

    • sférický tvar volných objemů: 334 RV

    3/1

    43

    VVR3 4

  • Nafion

    • Nafion – polymer na bázi teflonu (PTFE) obsahující sulfonovou funkční skupinu -SO3H

  • Nafion

    • Nafion – polymer na bázi teflonu (PTFE) obsahující sulfonovou funkční skupinu -SO3H

    hydrofobická PTFE kostrahydrofilické iontové klastry30 50 nm y30-50 nm

    P.J. Brookman, J.W. Nicholsonin: Developments in Ionic Polymers, vol. 2, J oo a , J c o so e e op e s o c o y e s, o ,eds. A. D. Wilson and H. J. Prosser (Elsevier Applied Science Publishers: London, 1986)

  • Nafion

    • Nafionová membrána N-1110 (Du Pont) povrchová hustota 500 g m-2 EW = 1100 gNafionová membrána N 1110 (Du Pont), povrchová hustota 500 g m , EW 1100 g

    • tloušťka 0.254 mm

    • vzorky pro pozitronovou anihilaci: sandwich složený ze 4 membrán

    Nafion N1110

    22Na spot 1.5 MBqmylar foil 2 m

  • Nafion – výchozí stav

    • pozitronium:p-Ps = 130(5) ps , Ip-Ps = 3.7(4)%

    • pozitrony:1 = 205(9) ps , I1 = 5.2(8)% volné e+ p Ps ( ) p p Ps ( )

    o-Ps = 3.10(3) ns , Io-Ps = 11.1(1)%, = 1.06(6) ns

    1 ( ) p 1 ( )

    2 = 430(3) ps , I2 = 80(1)% zachycené e+

  • Nafion – sušení na 130oC

    • kinetika sušení – dva procesy: tt

    relativní úbytek hmotnosti:

    – rychlý: t1 = 1.0 ± 0.4 min – pomalý: t2 = 8 ± 2 min

    21 ttr ceaew

    • obsah vody ve výchozím vzorku Nafionu: (6.7 ± 0.8) wt.% 8

    t los

    s (%

    ) 6sušení na teplotě 130 oC

    elat

    ive

    wei

    gh 4

    re

    0

    2

    t (min)

    0 20 40 60 80 100

    0

  • Nafion – sušení na 130oC

    • Nafion N1110 – výchozí vzorek

    ihil it ů

    vysušený stav (130oC, 2h)

    • anihilace pozitronů:

    1 = 205(9) ps, I1 = 5.2(8) % 1 = 204(8) ps, I1 = 6.0(5) %

    2 = 430(3) ps, I2 = 80(1) %

    • anihilace Ps:

    2 = 442(5) ps, I2 = 80.1(4) %

    p-Ps = 130(5) ps, Ip-Ps = 3.7(4) %

    = 3 10(3) ns I = 11 1(4) %

    p-Ps = 130(6) ps, Ip-Ps = 3.5(4) %

    = 3 09(2) ns I = 10 5(4) %

    p-Ps

    P o-Ps = 3.10(3) ns, Io-Ps = 11.1(4) %, o-Ps = 1.06(6) ns

    o-Ps = 3.09(2) ns, Io-Ps = 10.5(4) %, o-Ps = 1.00(3) ns

    o-Ps

    • Žádné významné změny pozitronových parametrů po vysušení

  • Nafion N1110 – rodělení velikostí volných objemů

    1 8

    as-received

    1.4

    1.6

    1.8

    (R) *

    I Ps

    1.0

    1.2

    H

    0.4

    0.6

    0.8

    0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00.0

    0.2

    R (nm)

  • Absorpce vody v Nafionu

    T = 25oC

    40

    ease

    (%) 30

    wei

    ght i

    ncre

    20

    10

    t (min)

    0 20 40 600

  • Absorpce vody v Nafionu

    T = 25oCT = 30oC

    40

    30

    ease

    (%)

    20

    wei

    ght i

    ncre

    10

    t (min)

    0 20 40 600

  • Absorpce vody v Nafionu

    T = 40oC

    T = 25oCT = 30oCT 40 C

    40

    30

    ease

    (%)

    20

    wei

    ght i

    ncre

    10

    t (min)

    0 20 40 600

  • Absorpce vody v Nafionu

    T = 40oC

    T = 25oCT = 30oC

    T = 60oCT = 40 C

    40

    30

    ease

    (%)

    20

    wei

    ght i

    ncre

    10

    t (min)

    0 20 40 600

  • Absorpce vody v Nafionu

    T = 40oC

    T = 25oCT = 30oC

    T = 80oCT = 60oCT = 40 C

    40

    30

    ease

    (%)

    20

    wei

    ght i

    ncre

    10

    t (min)

    0 20 40 600

  • Absorpce vody v Nafionu

    T = 40oC

    T = 25oCT = 30oC

    T = 100oCT = 80oCT = 60oCT = 40 C

    pomalý procesT = 100 C

    40velmi rychlý proces

    30

    ease

    (%)

    20

    wei

    ght i

    ncre

    10

    21 11 tt

    tt

    eceaw

    relativní nárůst hmotnosti:

    t (min)

    0 20 40 600

    11r eceaw

  • Absorpce vody v Nafionu

    • kinetika absorpce – dva procesy:

    • velmi rychlý proces • pomalý procesy ý p

    • charakteristický čas t1 = (11 ± 1) s

    • zaplňování hydrofilních iontových klastrů • expanze iontových klastrů do volných objemů

    p ý p

    • charakteristický čas t2 10-60 min

    p y ývodou

    p ý ý j

    22 100

    (s)

    14

    16

    18

    20

    min

    ) 60

    80

    t 1(

    8

    10

    12

    14

    t 2(m

    20

    40

    T ( oC)

    20 40 60 80 100 1204

    6

    T ( oC)

    20 40 60 80 100 1200

    ( ) ( )

  • Absorpce vody v Nafionu

    • vliv vody na volné objemy v Nafionu

    pozitronové komponentyboiled in water 2 h

    s) 400

    450

    5002

    • expanze objemu nárůst 1, 2

    water 2 h

    lifet

    ime

    (ps

    200

    250

    300

    350

    1

    boiled in water 30 s• vaření ve vodě 30 s pouze rychlý proces

    water content (wt.%)

    0 10 20 30 40 50150

    200

    100

    • vaření ve vodě 2 h oba procesy (rychlý i pomalý)

    ity (%

    )

    60

    80I2

    Inte

    ns0

    20

    40

    I1

    water content (wt.%)

    0 10 20 30 40 500

  • 3.15

    o-Ps komponentaAbsorpce vody v Nafionu

    o-P

    s(n

    s)

    2 902.953.003.053.10 lifetime

    boiled in water 2 h

    boiled in water 30 s• vliv absorbované vody na volné objemy v Nafionu

    t t t ( t %)

    0 10 20 30 40 50

    2.752.802.852.90

    • o-Ps klesá

    • o-Ps nejdřív roste, pak klesáwater content (wt.%)

    )

    1.2

    1.3

    1.4

    boiled in

    • IPs narůstá

    o-P

    s(n

    s

    0.8

    0.9

    1.0

    1.1

    dispersion

    boiled in water 30 s

    boiled in water 2 h

    water content (wt.%)

    0 10 20 30 40 500.7

    20

    22

    I Ps

    (%)

    14

    16

    18

    20

    i t it

    boiled in water 30 s boiled in

    water 2 h

    water content (wt.%)

    0 10 20 30 40 5012

    14 intensity

  • Absorpce vody v Nafionu – vliv na rodělení velikostí volných objemů

    1 8

    as-received

    1.4

    1.6

    1.8

    (R) *

    I Ps

    1.0

    1.2

    H

    0.4

    0.6

    0.8

    0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00.0

    0.2

    R (nm)

  • Absorpce vody v Nafionu – vliv na rodělení velikostí volných objemů

    1 8

    as-received

    dried at 130oC / 2h

    1.4

    1.6

    1.8

    (R) *

    I Ps

    1.0

    1.2

    H

    0.4

    0.6

    0.8

    0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00.0

    0.2

    R (nm)

  • Absorpce vody v Nafionu – vliv na rodělení velikostí volných objemů

    boiled in water 30s• naplnění iontových klastrů vodouneúplné rozdělení volných objemů

    as-received

    1 8

    dried at 130oC / 2hneúplné rozdělení volných objemů

    1.4

    1.6

    1.8

    (R) *

    I Ps

    1.0

    1.2

    H

    0.4

    0.6

    0.8

    0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00.0

    0.2

    R (nm)

  • Absorpce vody v Nafionu – vliv na rodělení velikostí volných objemů

    boiled in water 30s

    boiled in water 2h• rozdělení ukončeno

    as-received

    1 8

    dried at 130oC / 2h• úzká distribuce velikostí volných objemů

    1.4

    1.6

    1.8

    (R) *

    I Ps

    1.0

    1.2

    H

    0.4

    0.6

    0.8

    0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00.0

    0.2

    R (nm)

  • 3.15

    o-Ps komponentaAbsorpce vody v Nafionu

    o-P

    s(n

    s)

    2 902.953.003.053.10

    boiled in water 2 h

    boiled in water 30 s

    lifetime

    • vliv absorbované vody na volné objemy v Nafionu

    t t t ( t %)

    0 10 20 30 40 50

    2.752.802.852.90

    • o-Ps klesá

    • o-Ps nejdřív klesá, pak roste

    ns)

    1 1

    1.2

    1.3

    1.4

    b il d iboiled in

    d b b á i t ý h kl t h

    water content (wt.%)

    o-P

    s(n

    0 7

    0.8

    0.9

    1.0

    1.1

    dispersion

    boiled in water 30 s

    water 2 h• voda absorbovaná v iontových klastrech:

    • nárůst objemu

    water content (wt.%)

    0 10 20 30 40 500.7

    20

    22

    • rozdělení volných objemů

    I Ps

    (%)

    14

    16

    18

    20

    i t it

    boiled in water 30 s boiled in

    water 2 h

    water content (wt.%)

    0 10 20 30 40 5012

    14 intensity

  • 3.15

    o-Ps komponentaAbsorpce vody v Nafionu

    o-P

    s(n

    s)

    2 902.953.003.053.10 lifetime

    • vliv vody na volné objemy v Nafionu boiled in water 2 h

    boiled in water 30 s

    1 6

    1.8

    1 6

    1.8

    t t t ( t %)

    0 10 20 30 40 50

    2.752.802.852.90

    R) *

    I Ps

    1.0

    1.2

    1.4

    1.6

    R) *

    I Ps

    1.0

    1.2

    1.4

    1.6

    water content (wt.%)

    ns)

    1 1

    1.2

    1.3

    1.4

    b il d iboiled in

    H (R

    0 2

    0.4

    0.6

    0.8H (R

    0 2

    0.4

    0.6

    0.8

    o-P

    s(n

    0 7

    0.8

    0.9

    1.0

    1.1

    dispersion

    boiled in water 30 s

    water 2 h

    R (nm)

    0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00.0

    0.2

    R (nm)

    0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00.0

    0.2

    water content (wt.%)

    0 10 20 30 40 500.7

    20

    22

    • rychlý proces

    I Ps

    (%)

    14

    16

    18

    20

    i t it

    boiled in water 30 s boiled in

    water 2 h

    water content (wt.%)

    0 10 20 30 40 5012

    14 intensity

  • Absorpce vody v Nafionu

    Nafion-N1110

    • střední volný objem Vmean

    190

    200

    210

    Å3)

    150

    160

    170

    180

    V mea

    n(Å

    water content (%)

    0 10 20 30 40 50140

    150

  • Absorpce vody v Nafionu

    Nafion-N1110

    • rychlý proces: Vmean klesá kvůli expanzi iontových klastrů a dělení volných objemů• široké rozdělení volných objemů

    190

    200

    210

    Å3)

    150

    160

    170

    180

    V mea

    n(Å

    water content (%)

    0 10 20 30 40 50140

    150

    1.81.8

    * I P

    s

    1 0

    1.2

    1.4

    1.6

    * I P

    s

    1 0

    1.2

    1.4

    1.6

    H (R

    ) *

    0.4

    0.6

    0.8

    1.0

    H (R

    ) *

    0.4

    0.6

    0.8

    1.0

    R (nm)

    0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00.0

    0.2

    R (nm)

    0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00.0

    0.2

  • Absorpce vody v Nafionu

    Nafion-N1110

    • pomalý proces: dělení volných objemů dokončeno většina volných objemů rozdělená• úzké rozdělení volných objemů

    190

    200

    210

    Å3)

    150

    160

    170

    180

    V mea

    n(Å

    1 81 8

    water content (%)

    0 10 20 30 40 50140

    150

    * I P

    s

    1.2

    1.4

    1.6

    1.8

    * I P

    s

    1.2

    1.4

    1.6

    1.8

    H (R

    ) *0.4

    0.6

    0.8

    1.0

    H (R

    ) *0.4

    0.6

    0.8

    1.0

    R (nm)

    0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00.0

    0.2

    R (nm)

    0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00.0

    0.2

  • Absorpce vody v Nafionu

    Nafion-N1110

    Nafion-N117, H.S. Sodaye et al. J. Polymer Sci. B 35, 771 (1997)• střední volný objem

    Å3)

    180

    190

    200

    210

    V mea

    n(Å

    150

    160

    170

    180

    water content (%)

    0 10 20 30 40 50140

  • Absorpce ethanolu v Nafionu

    • nárůst hmotnosti

    600

    T = 25oC

    ase

    (%)

    400

    500

    wei

    ght i

    ncre

    a

    300

    rela

    tive

    100

    200

    t (min)

    0 10 20 30 40 50 600

  • Absorpce ethanolu v Nafionu

    • nárůst hmotnosti

    T = 35oC

    600

    T = 35 CT = 25oC

    400

    500

    ase

    (%)

    300

    wei

    ght i

    ncre

    a

    100

    200

    rela

    tive

    t (min)

    0 10 20 30 40 50 600

  • Absorpce ethanolu v Nafionu

    • nárůst hmotnosti

    T = 40oC

    T = 35oC

    600

    T = 35 CT = 25oC

    400

    500

    ase

    (%)

    300

    wei

    ght i

    ncre

    a

    100

    200

    rela

    tive

    t (min)

    0 10 20 30 40 50 600

  • Absorpce ethanolu v Nafionu

    • nárůst hmotnosti

    T = 50oC

    T = 40oC

    T = 35oC

    600

    T = 35 CT = 25oC

    400

    500

    ase

    (%)

    300

    wei

    ght i

    ncre

    a

    100

    200

    rela

    tive

    t (min)

    0 10 20 30 40 50 600

  • Absorpce ethanolu v Nafionu

    T = 60oC

    • nárůst hmotnosti

    T = 60oC

    T = 50oC

    T = 40oC

    T = 35oC

    600

    T = 35 CT = 25oC

    400

    500

    ase

    (%)

    300

    wei

    ght i

    ncre

    a

    100

    200

    rela

    tive

    t (min)

    0 10 20 30 40 50 600

  • Absorpce ethanolu v Nafionu

    T = 70oC

    T = 60oC

    • nárůst hmotnosti

    T = 60oC

    T = 50oC

    T = 40oC

    T = 35oC

    600

    T = 35 CT = 25oC

    400

    500

    ase

    (%)

    300

    wei

    ght i

    ncre

    a

    100

    200

    rela

    tive

    t (min)

    0 10 20 30 40 50 600

  • Absorpce ethanolu v Nafionu

    T = 78oC

    T = 70oC

    T = 60oC

    • nárůst hmotnosti

    T = 60oC

    T = 50oC

    T = 40oC

    T = 35oC

    600

    T = 35 CT = 25oC

    400

    500

    ase

    (%)

    300

    wei

    ght i

    ncre

    a

    100

    200

    rela

    tive

    t (min)

    0 10 20 30 40 50 600

  • Absorpce ethanolu v Nafionu

    T = 78oC

    T = 70oC

    T = 60oC

    relativní nárůst hmotnosti:• nárůst hmotnosti

    T = 60oC

    T = 50oC

    T = 40oC

    T = 35oC

    21 11 tt

    tt

    r eceaw

    600

    T = 35 CT = 25oC

    400

    500

    ase

    (%)

    300

    wei

    ght i

    ncre

    a

    100

    200

    rela

    tive

    t (min)

    0 10 20 30 40 50 600

  • Absorpce vody a ethanolu v Nafionu

    • srovnání absorpce vody a ethanolu v Nafionu na pokojové teplotě

    160

    %) 120

    140

    160

    ethanol

    ht in

    crea

    se (%

    80

    100

    rela

    tive

    wei

    gh

    40

    60

    0 10 20 30 40 50 600

    20water

    t (min)

  • tt

    relativní nárůst hmotnosti:Absorpce ethanolu v Nafionu

    • kinetika absorpce – dva procesy:

    • rychlý proces • pomalý proces

    21 11 ttr eceaw

    y ý p

    • charakteristický čas t1 < 1.5 min

    • absorpce ethanolu v iontových klastrech

    p ý p

    • charakteristický čas t2 10 t1• pronikání ethanolu do PTFE kostry p ý

    • oba procesy výrazně rychlejší při vyšších teplotách

    p y

    14

    16

    18

    1.4

    1.6

    1.8

    8

    10

    12

    t 2(m

    in)

    t 1(m

    in)

    0.8

    1.0

    1.2

    20 40 60 80 100 1202

    4

    6

    20 40 60 80 100 1200.2

    0.4

    0.6

    T ( oC)T ( oC)

  • Absorpce ethanolu v Nafionu

    • kinetika absorpce – dva procesy:

    • rychlý proces • pomalý procesy ý p

    • charakteristický čas t1 < 1.5 min

    • absorpce ethanolu v iontových klastrech

    p ý p

    • charakteristický čas t2 10 t1• pronikání ethanolu do PTFE kostry p ý p y

    • oba procesy výrazně rychlejší při vyšších teplotách

    utio

    n 0.8

    1.0pomalý proces, 2

    tt

    tt

    relativní nárůst hmotnosti:at

    ive

    cont

    ribu

    0.4

    0.6

    21 11 ttr eceaw

    l i í ří ě k

    20 40 60 80 100 120

    rela

    0.0

    0.2rychlý proces, 1ca

    a

    1 cac

    2

    relativní příspěvky:

    T ( oC)

    20 40 60 80 100 120

  • Absorpce ethanolu v Nafionu

    • rozdělení volných objemů H(R)

    • pokles středního poloměru volných objemů

    2.5

    • nárůst koncentrace volných objemů

    2.0

    2.5

    as-receiveddried 135 oC / 2hT = 25 oC in ethanol T 40 oC i th l

    H (R

    ) * I P

    s

    1.5

    T = 40 oC in ethanol T = 60 oC in ethanol

    0 5

    1.0

    0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.70.0

    0.5

    R (nm)

  • Absorpce vody a ethanolu v Nafionu

    • rozdělení volných objemů H(R)

    • srovnání vlivu vody a ethanolu na rozdělení volných objemů

    2 5

    y ý j

    • absorpce vody menší velikost a nižší koncentrace volných objemů

    2.0

    2.5

    as-receiveddried 135 oC / 2h

    1.5T = 60 oC in ethanol T = 100 oC in water

    H (R

    ) * I P

    s

    0

    1.0

    H

    0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 70.0

    0.5

    R (nm)

    0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

  • Kinetika absorpce ethanolu v Nafionu – in situ PAS měření

    • in-situ měření doby života pozitronů

    ethanol uptakeT = 60oC

    • intenzita Ps komponenty

    30

    35

    ethanol uptake

    dryingT = 25oC

    ethanol uptakeT = 40oC

    (%) 25

    ethanol uptakeT = 25oC

    I Ps

    20 dryingT = 40oC

    10

    15

    virgin T = 25oC

    t (h)

    0 100 200 300 400 500

  • Kinetika absorpce ethanolu v Nafionu – in situ PAS měření

    • in-situ PAS měření – intezita Ps komponenty

    • Nafion N1110 ponořený v ethanolu

    2024

    uals

    ()

    T = 25oC

    • Nafion N1110 ponořený v ethanolu

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160-4-2

    resi

    du

    T = 21oC

    30

    I Ps

    (%) 25

    T = 25oC20

    t (h)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

    15

  • Kinetika absorpce ethanolu v Nafionu – in situ PAS měření

    T = 40oC20246

    idua

    ls (

    )

    T = 25oC024

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160-4-2

    uals

    ()

    resi

    T 25 C

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160-4-2

    resi

    du

    T = 42oC30

    T = 40oC

    T = 21oC

    25

    I Ps

    (%)

    T = 25oC20

    t (h)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

    15

  • T = 60oC4

    -20246

    esid

    uals

    ()

    20246

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160-4

    dual

    s (

    )re

    T = 40oC

    024

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160-4-2

    uals

    ()

    resi

    d

    T = 25oC

    32

    340 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

    -4-2

    resi

    du T 25 C

    T = 42oCT = 60oC

    28

    30

    32

    T = 40oCT = 60oC

    T = 21oC2224

    26

    I Ps

    (%)

    T = 25oC

    16

    18

    20

    t (h)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

    14

    16

  • Kinetika absorpce ethanolu v Nafionu – in situ PAS měření

    32 110

    tt

    tt

    Ps eceaII• dva procesy:

    • pomalý proces ( 70 %)děl í l ý h bj ů k ůli i l ý h bj ů

    32

    34

    • dělení volných objemů kvůli expanzi volných objemů iontových klastrů a pronikání ethanolu do PTFE kostry

    T = 42oCT = 60oC

    28

    30

    32

    T = 40oCT = 60oC

    T = 21oC2224

    26

    I Ps

    (%)

    T = 25oC

    16

    18

    20

    t (h)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

    14

    16

  • Kinetika absorpce ethanolu v Nafionu

    32 110

    tt

    tt

    Ps eceaII• dva procesy:

    • pomalý proces ( 70 %)děl í l ý h bj ů k ůli i l ý h bj ů

    • při vyšších teplotách (T 40oC) je t2 srovnatelné s

    • dělení volných objemů kvůli expanzi volných objemů iontových klastrů a pronikání ethanolu do PTFE kostry

    charakteristickým časem nárůstu hmotnosti

    200

    min

    )

    100

    150 PAS

    2(m

    50

    100

    weight measurement

    T ( oC)

    20 40 60 80 100 1200

  • Kinetika absorpce ethanolu v Nafionu – in situ PAS měření

    32 110

    tt

    tt

    Ps eceaII• dva procesy:

    • velmi pomalý proces ( 30 %)• t3 25 – 30 h

    • dělení volných objemů kvůli expanzi volných objemů• pomalý proces ( 70 %)

    32

    34

    • další přerozdělení volných objemůdělení volných objemů kvůli expanzi volných objemů iontových klastrů a pronikání ethanolu do PTFE kostry

    T = 42oCT = 60oC

    28

    30

    32

    T = 40oCT = 60oC

    T = 21oC2224

    26

    I Ps

    (%)

    T = 25oC

    16

    18

    20

    t (h)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

    14

    16


Recommended