Изучение свойств гетерогенных структур электронный проводник - ионный проводник. Теоретические модели, описывающие поведение электрохимических параметров распределённых структур на основе ионных проводников. Возможности практического использования.
Аннотация к работе
Впервые были исследованы зависимости удельного сопротивления и удельной емкости распределенных гетерогенных структур полупроводник - твердый электролит Sn02-AGCI и Sn02-Ag4RBJ5 от концентрации компонентов в смеси, температуры образцов и частоты измерительного сигнала. В третьей главе дается описание экспериментально полученных зависимостей сопротивления от концентрации компонентов, от температуры и толщины исследуемых образцов в системах Sn02-AGCI и Sn02-Ag4RBJ5. Проведенные исследования показали, что для гетерогенной системы Sn02 - AGCI кривая зависимости сопротивления от концентрации компонентов имеет три минимума: при 20% AGCI, при 40% AGCI и при 80% AGCI в смеси (рис.1). Минимумы на этой кривой при концентрациях AGCI 40% и 80% в смеси соответствуют образованию связных матриц по каждой из образующих структуру фаз, а минимум при 20% AGCI - образованию связной матрицы по межфазному «высокопроводящему» слою. Уаеличение концентрации AGCI в смеси приводит к образованию связной матрицы по «высокопроводящему» слою вдоль межфазной границы SNCYAGCI, Сопротивление структуры при этом сначала падает, а затем, с ростом доли AGCF в смеси, снова несколько увеличивается за счет роста доли «высокопроводящей» фазы.Обнаружено наличие трех минимумов при объемной доле AGCI в системе 20%, 40% и 80%; найдены два состава при 20% и 30%.40% Ag4RBJS, которые соответствуют порогам протекания по отдельным компонентам. Экспериментально изучены зависимости емкости распределенных структур Sn’02-AGCI и Sn02-Ag4RBJ5 от их состава в переменном токе. Обнаружены экспоненциальные зависимости проводимости и емкости от температуры, что свидетельствует о термоактивационном характере протекающих процессов. Выявлено, что сопротивление исследованных образцов в диапазоне частот от 5 КГЦ практически не зависит от частоты, а на более высоких частотах - заметно уменьшается с ростом частоты прикладываемого к образцам переменного напряжения, что можно объяснить вкладом поверхностной высокопроводящей фазы в общую проводимость системы.
Вывод
Исследованы зависимости комплексного сопротивления распределенных структур Sn02-AGCI и Sn02-Ag4RBJ5 от их состава. Обнаружено наличие трех минимумов при объемной доле AGCI в системе 20%, 40% и 80%; найдены два состава при 20% и 30%.40% Ag4RBJS, которые соответствуют порогам протекания по отдельным компонентам.
Экспериментально изучены зависимости емкости распределенных структур Sn’02-AGCI и Sn02-Ag4RBJ5 от их состава в переменном токе. Полученные зависимости объясняются образованием и распадом связных матриц.
Обнаружены экспоненциальные зависимости проводимости и емкости от температуры, что свидетельствует о термоактивационном характере протекающих процессов.
Выявлено, что сопротивление исследованных образцов в диапазоне частот от 5 КГЦ практически не зависит от частоты, а на более высоких частотах - заметно уменьшается с ростом частоты прикладываемого к образцам переменного напряжения, что можно объяснить вкладом поверхностной высокопроводящей фазы в общую проводимость системы.
Исследованы частотные зависимости емкости распределенных структур. Обнаружено явление постоянного угла сдвига фаз, проявляющееся в степенной зависимости емкости от частоты.
Показано, что емкость гетерогенной структуры C/0,7Ag4RBJ5 0,38002/0 линейно возрастает с увеличением толщины на частоте 5 Гц, благодаря развитию внутренней поверхности контакта. На частоте 100 КГЦ емкость гетероструктуры линейно убывает с ростом толщины образцов, так как на высоких частотах вклад межкристаллитной гетерофазной границы ионного и электронного проводников в емкость образца ничтожно мал, и емкость образца определяется его геометрической емкостью.
Исследовано поведение границ AGCI-Sn02/AGCI в присутствии хлора. Обнаружено, что релаксация потенциала границы определяется составом распределенной структуры. Найден состав распределенной структуры, который может быть использован в качестве рабочего электрода электрохимического сенсора на хлор.
Список литературы
Укше Е.А., Укше А.Е., Букун Н.Г. Импеданс распределенных структур с твердыми электролитами. Исследования в области химии ионных расплавов и твердых электролитов. / Сб. науч. тр. Киев: Наукова думка. 1985. С.3-17.
Bruggeman D. A. G. Berechnung verschiedener physikalischer Konstanten von heterogenen Substanzen.I. Dielektrizitatskonstanten und Leitfahigkeiten der Mischkorper aus isotropen Substanzen. // Ann. Physik. Leipzig. 1935. Bd.24. S.636-650.
Webman I., JORTNERJ., Cohen M. H. Numerical Simulation of Electrical Conductivity in Microscopically Inhomogeneous Materials. // Phys. Rev. 1975. V. B11. P.2885.
Укше A. E. Импеданс распределенных структур на базе твердых электролитов. // Электрохимия. 1997.Т. ЗЗ. Вып.8. С.938.
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ
Карпов И.А., Михайлова А.М. Свойства распределенных структур в системе AGCI-Sn02 // Сборник материалов Четвертого семинара «Ионика твердого тела». Черноголовка, 21-22 апреля 1997 г. Деп. в ВИНИТИ 05.11.97, №3264-В97. - С.64-69.
Карпов И.А., Михайлова А.М., Добровольский Ю.А. Проводимость распределенных структур Sn02-Ag4RBJ5 // Тезисы докладов Международной конференции «Композит-98». Саратов, 24-26 июня 1998 г. -С.137-138.
Карпов И.А., Смирнова О.А., Симаков В.В., Архипова Т.В., Михайлова А.М. Исследование поведения гетероструктур на основе d-металла и ионного проводника // Сборник материалов Всероссийской конференции по электрохимии мембран и процессам в тонких ионпроводящих пленках на электродах «ЭХМ - 99». Энгельс, 23 - 26 июня 1999 г. - С.160 - 162.
Синник П.И., Третьяченко Е. В:, Карпов И.А. Исследование составляющих проводимости пластифицированных поливинилхлоридных мембран для сенсорных устройств // Тезисы докладов Девятой Международной конференции молодых ученых. Казань, 19-21 мая 1998 г. - С.186.
Карпов И.А., Никитина Л.В., Смирнова О.А., Симаков В.В., Ефанова В.В., Михайлова А.М. Электрохимический импеданс композиционных структур, включающих суперионную компоненту // Сборник материалов Международной конференции «Современные технологии в образовании и науке». Саратов, 14 - 16 сентября 1999 г. - С.72.
Госрфман В.Г., Карпов И.А., Симаков В.В., Топоров Д.В., Леонтьева Л.Д., Михайлова А.М. Исследование процесса переноса заряда при формировании распределенных структур // Сборник материалов Международной конференции «Современные технологии в образовании и науке». Саратов, 14 - 16 сентября 1999 г. - С.58.