ТУННЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ И ПРОТОННАЯ РЕЛАКСАЦИЯ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ
Источник:
При исследовании спектров термостимулированных токов деполяризации (ТСТД) ряда электротехнических материалов (слюд флогопита и мусковита, онотского талька и полученной из него стеатитовой керамики, а также кристаллов иодата лития, применяемого в лазерных технологиях и оптоволоконных линиях связи) обнаружено 7 максимумов. В результате прокаливания и легирования образцов кислотой HCl и щёлочью NH4OH определены релаксаторы, ответственные за их появление, и их параметры, а именно, Н3О+, ОН-, комплексы VL и VD (вакансия + L или D дефекты), молекулы кристаллизационной и адсорбированной воды. На спектрах tgδ(ν,T) впервые обнаружено 5 температурных максимумов, причём низкотемпературный максимум при Т=90К дал энергию активации (0,02-0,03)эВ, что оказалось даже ниже, чем для аналогичного максимума спектра ТСТД, где было получено 0,05эВ. Исследования проводились по методике и на установке, защищённые патентом [1].
Вклад электронной проводимости при низких температурах, очевидно, очень мал, т.к. ширина запрещённой зоны в этих материалах равна (4-6)эВ. Чисто протонной проводимости здесь тоже нет, так как температурный спектр удельной электропроводности показал наличие двух наклонов для зависимости lnγ = f(103/Т), которые, судя по энергии активации, объясняются миграцией дефектов Н3О+ и ОН- , причиной появления которых является прыжковая диффузия и туннелирование протонов через кристаллическую решётку между слоями воды и слоями силикатных (в слюдах и тальке) SiO ионов [2,3]. Протоны согласно статистической модели совершают быстрые перескоки туда и обратно между двумя устойчивыми положениями вдоль водородной связи. В результате колебаний соседних ионов SiO44- может возникнуть такая ориентация, при которой потенциальный барьер сужается и облегчается туннельный переход протона между этими ионами.
Экспериментально туннельный эффект проявляется в момент, когда максимум tgδ(ν,T) прекращает смещаться к низким частотам при понижении температуры материала. Это выражается в том, что время релаксации остаётся постоянным. Температура проявления туннельного эффекта является характеристикой материала, например, для сульфата кальция (природного) Ттунн=124К, для прокалённого Ттунн=145К, для талька (природного) Ттунн=112К, для прокалённого Ттунн=125К, для иодата лития (природный) Ттунн= 175К. Интересным представляется точное совпадение температур максимумов на спектрах термостимулированной люминесценции (ТСЛ), полученных после облучения рентгеном, и ТСТД, то есть одни и те же релаксаторы являются причиной появления максимумов ТСЛ и ТСТД, что полностью подтверждает наши выводы о природе релаксационных процессов в изученных материалах.
В квантовой механике для микроскопических частиц должен выполняться принцип неопределённости. Неопределённость координаты равна ширине барьера , следовательно, импульс определяется с неопределённостью . Тогда можно оценить неопределённость энергии . Известно, что вероятность найти частицу на определённом участке барьера равна квадрату волновой функции [4]
Поэтому частицу можно найти внутри барьера при условии, когда показатель экспоненты равен единице, то есть
или
Отсюда
или тем более
. (1)
Опыт показал, что при Т=100К U=0,05эВ, а максимум 1 в спектре ТСТД появляется при напряжённостях поляризующего электрического поля порядка (1-5).106В/м. То есть протон получает достаточную энергию для преодоления барьера туннельным способом. В этом случае получаем из выражения (1) . Следовательно, возможность обнаружения протона справа от барьера не противоречит закону сохранения энергии.
Решение уравнения Шрёдингера для прямоугольного барьера конечной ширины [4] позволяет получить вероятность обнаружения частицы внутри барьера, т.е. коэффициент прозрачности барьера.
, где a=2.
.
Следовательно, через барьер туннелируют 0,11% падающих на него протонов, а это вполне заметная величина, если учесть достаточно большую концентрацию протоносодержащих дефектов Н3О+, ОН-, Н2О и самих протонов, что составляет величину более 1019 м-3. Опыт подтвердил, что сила тока максимума №1 ТСТД имеет величину (10-15-10-14)А. Из спектров tgδ энергия активации низкотемпературного максимума при 90К равна (0,02-0,03)эВ. Т.е. в этом случае вероятность туннелирования протонов будет ещё больше. Для барьера параболической формы коэффициент прозрачности можно выразить формулой
.
Но здесь зависимость гораздо сложнее, например,
,
где - постоянный параметр, d- ширина барьера. В этом случае ширина барьера в верхней части уменьшается, что сильно влияет на его прозрачность в сторону увеличения.
Таким образом, теоретически и экспериментально доказана возможность туннелирования протонов [5] и протонно-ионная проводимость в исследованных материалах. Исследование механизмов диэлектрической релаксации и электропроводности этих материалов позволило разработать диагностику типа и концентрации дефектов и нанотехнологию получения и диагностики протонных проводников и полупроводников n- и p-типа на базе материалов с водородными связями в результате легирования их примесями типа HCl, NH4OH, диагностика которых проводится по спектрам ТСТД, tgδ(ν,Т) и электропроводности [6]. Это позволило решить одну из актуальных фундаментальных проблем науки и практики по диагностике электротехнических материалов в агрессивных средах и при низких температурах, что привело к разработке ряда практических технологий.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Тимохин, В.М. Пат. №2348045 РФ МПК G 01N 27/00. Многофункциональное устройство для исследования физико- технических характеристик полупроводников, диэлектриков и электроизоляционных материалов .- №2007116909/28; заявл. 04.05.2007; опубл. 27.02.2009, Бюл.№6.
- Тимохин, В.М. Механизм диэлектрической релаксации и протонная проводимость в наноструктуре -LiIО3. Известия вузов. Физика. Томск. СФТИ.- 2009. -№ 3. -С.46-50.
- Тимохин, В.М. Диэлектрическая спектроскопия изоляционных и оптических материалов судовых машин и автоматики. - Новороссийск: РИО НГМА, 2005. - 152с.
- Шпольский, Э.В. Атомная физика.-М.: Наука,1974.-575с.
- Тимохин, В.М. Пат. №2347216 РФ МПК G 01N 27/00, G 01N 25/00. Способ определения температуры появления туннельного эффекта в диэлектриках и электроизоляционных материалах.-№2007100756/28; заявл. 09.01.2007; опубл. 20.02.2009, Бюл.№5.
- Тимохин, В.М. Пат. №2360239 РФ МПК G 01N 27/20. Способ получения протонной проводимости в кристаллах и электроизоляционных материалах .- №2007144056/28; заявл. 27.11.2007; опубл. 27.06.2009, Бюл. №18.
Отзывы (через Facebook):
Оставить отзыв с помощью аккаунта FaceBook:
В эксперименте в сравнительном плане, изучено влияние радиационного облучения, ртутной интоксикации и гипотиреоза на систему иммунитета, на активность ферментов обмена пуриновых нуклеотидов: 5’-нуклеотидазы, А М Ф-дезаминазы и аденозиндезаминазы, на активность ферментов антиоксидантной системы: супероксиддисмутазы ( С О Д), глутатионпероксидазы ( Г П О), глутатионредуктазы в ткани печени, почек и в сыворотке крови. Установлены значительные сходства в механизме клеточных и метаболических эффектов радиации, гипотиреоза, ртутной интоксикации. Независимо от ткани и воздействующего на организм фактора (радиация, гипотиреоз, ртутная интоксикация) имеет место однотипные изменения активности супероксиддисмутазы, глутатионпероксидазы и глутатионредуктазы, что свидетельствует о том, что указанные воздействия являются стрессорными. Изменения в иммунной системе, обнаруженные при ионизирующем излучении, практически однотипны изменениям иммунитета при гипотиреозе. При ртутной интоксикации в отличие от гипотиреоза и радиации имеет место снижение уровня В-лимфоцитов, что в какой-то мере объясняется особенностями эффектов ртутной интоксикации на систему иммунитета и ферменты метаболизма пуриновых нуклеотидов. В определенной степени эти различия можно объяснить разной степенью становления защитных механизмов и степенью целостности регуляторной функции адрено-тиреоидной системы. ...
14 04 2021 8:59:45
Статья в формате PDF 106 KB...
13 04 2021 16:42:18
Статья в формате PDF 120 KB...
12 04 2021 4:47:33
Статья в формате PDF 117 KB...
11 04 2021 3:20:43
Статья в формате PDF 123 KB...
10 04 2021 13:21:19
Статья в формате PDF 147 KB...
08 04 2021 7:49:19
Статья в формате PDF 111 KB...
07 04 2021 21:48:49
Статья в формате PDF 108 KB...
06 04 2021 4:46:56
Статья в формате PDF 121 KB...
05 04 2021 7:21:11
Статья в формате PDF 106 KB...
04 04 2021 18:11:42
Статья в формате PDF 249 KB...
03 04 2021 2:56:15
Статья в формате PDF 281 KB...
02 04 2021 9:47:11
Статья в формате PDF 136 KB...
31 03 2021 1:30:48
Статья в формате PDF 98 KB...
30 03 2021 17:31:57
Статья в формате PDF 261 KB...
29 03 2021 21:38:34
Статья в формате PDF 164 KB...
28 03 2021 15:33:42
Статья в формате PDF 105 KB...
27 03 2021 1:52:39
Статья в формате PDF 90 KB...
24 03 2021 13:46:57
Статья в формате PDF 113 KB...
23 03 2021 22:56:29
Установлен факт защитного влияния нового бионического режима импульсно-гипоксических адаптаций на восстановительные процессы коры мозга после удаления внутричерепных опухолей у нейрохирургических больных. Механизмом протекции мозга от рецидива злокачественных опухолей может быть согласование ритмов энергопродукции и энергопотребления в процессе формирования адаптации. ...
21 03 2021 6:42:42
Статья в формате PDF 267 KB...
20 03 2021 4:57:17
Статья в формате PDF 179 KB...
19 03 2021 16:51:44
Статья в формате PDF 108 KB...
18 03 2021 7:53:25
Статья в формате PDF 313 KB...
16 03 2021 14:35:47
Статья в формате PDF 113 KB...
15 03 2021 9:12:45
Статья в формате PDF 113 KB...
14 03 2021 15:11:58
Статья в формате PDF 300 KB...
13 03 2021 1:34:52
Статья в формате PDF 115 KB...
12 03 2021 7:29:19
Статья в формате PDF 253 KB...
11 03 2021 16:14:57
Статья в формате PDF 255 KB...
10 03 2021 16:41:33
Статья в формате PDF 123 KB...
09 03 2021 23:10:14
Статья в формате PDF 94 KB...
08 03 2021 12:31:13
Статья в формате PDF 101 KB...
07 03 2021 10:57:11
Статья в формате PDF 255 KB...
05 03 2021 20:17:14
Статья в формате PDF 96 KB...
03 03 2021 12:50:24
Организация полноценного процесса познания предполагает реализацию развивающего образования и самообразования, непрерывность данного процесса на всех его ступенях. Понятие интегрирует в себе процесс и итог познания сущности предметов, явлений, включает рефлексивные процессы мышления, обеспечивая их необратимость, свернутость, системность. Эмоциональное отношение ребенка к изучаемому материалу создает в мышлении своеобразную доминанту, поддерживающую любознательность и интерес. Основная особенность опытно-экспериментальной деятельности состоит в наличии возможности управлять ходом изучения явления, здесь ребенок проявляет собственную активность и творчество в процессе получения новых знаний. Опытно-экспериментальную деятельность по развитию естественнонаучных понятий необходимо строить в соответствии с четырьмя этапами диалектического познания: основание - ядро - следствие – общие критические истолкования, а также с учетом обобщенного плана проведения опыта: цель - схема - ход - результат. Методика организации опытно-экспериментальной деятельности по развитию естественнонаучных понятий дошкольников и младших школьников раскрыта нами на примере понятия «свет». Развитие естественнонаучных понятий дошкольников и младших школьников эффективно в условиях личностно-ориентированного образования, обращенного к чувствам, индивидуально неповторимому миру человека. ...
02 03 2021 10:37:18
Статья в формате PDF 288 KB...
01 03 2021 15:13:57
Статья в формате PDF 120 KB...
28 02 2021 17:47:36
Статья в формате PDF 291 KB...
27 02 2021 23:18:18
Статья в формате PDF 123 KB...
26 02 2021 2:30:25
Статья в формате PDF 86 KB...
25 02 2021 18:10:59
Статья в формате PDF 117 KB...
24 02 2021 5:49:22
Статья в формате PDF 112 KB...
23 02 2021 17:12:45
Статья в формате PDF 138 KB...
21 02 2021 3:30:35
Статья в формате PDF 113 KB...
20 02 2021 16:56:40
Статья в формате PDF 101 KB...
19 02 2021 15:20:58
Статья в формате PDF 118 KB...
18 02 2021 7:43:39
Статья в формате PDF 132 KB...
17 02 2021 8:30:10
Статья в формате PDF 114 KB...
16 02 2021 19:51:17
Статья в формате PDF 123 KB...
13 02 2021 1:51:29
Статья в формате PDF 115 KB...
12 02 2021 18:52:41
Статья в формате PDF 257 KB...
11 02 2021 4:14:59
Статья в формате PDF 298 KB...
09 02 2021 18:12:16
На основе анализа литературных источников показана необходимость создания эффективных методов переработки руд цветных металлов. Описано отрицательное воздействие горнообогатительного производства на окружающую среду. Рассмотрены проблемы освоения месторождений сырья и предложены пути их решения. Приведена схема рационального освоения минеральных ресурсов рудного месторождения с применением разрядноимпульсных методов. Обоснована возможность использования разрядноимпульсных воздействий в обогатительных процессах, что позволит повысить полноту извлечения полезных компонентов при переработке минерального сырья. Выделены ограничения применения импульсных методов. Установлено, что разрядноимпульсные методы интенсифицируют избирательное раскрытие минеральных ассоциаций во всем диапазоне исходных классов крупности. Эти методы эффективны в комбинированных схемах переработки труднообогатимых руд сложного состава. Применение комбинированных схем позволит сократить на 10–15 % время измельчения до выхода контрольного класса. ...
07 02 2021 23:35:32
Статья в формате PDF 126 KB...
06 02 2021 15:44:43
Статья в формате PDF 121 KB...
05 02 2021 16:51:59
Статья в формате PDF 107 KB...
04 02 2021 2:55:45
Статья в формате PDF 253 KB...
02 02 2021 3:39:44
Статья в формате PDF 133 KB...
01 02 2021 23:28:36
Статья в формате PDF 387 KB...
30 01 2021 4:35:36
Статья в формате PDF 293 KB...
29 01 2021 16:36:35
Статья в формате PDF 131 KB...
27 01 2021 22:34:56
Статья в формате PDF 111 KB...
26 01 2021 11:53:29
Статья в формате PDF 105 KB...
25 01 2021 18:50:44
Статья в формате PDF 119 KB...
24 01 2021 14:35:12
Статья в формате PDF 104 KB...
23 01 2021 23:44:28
Статья в формате PDF 129 KB...
22 01 2021 11:36:55
Статья в формате PDF 110 KB...
21 01 2021 16:24:16
Статья в формате PDF 105 KB...
20 01 2021 14:11:12
Статья в формате PDF 121 KB...
19 01 2021 23:16:42
Статья в формате PDF 106 KB...
18 01 2021 6:52:57
Разработан новый морфометрический показатель площади контакта эпителия и стромы. Показатель использовался автором при многолетних исследованиях морфофункционального состояния щитовидной железы у женщин и в эксперименте. ...
17 01 2021 8:30:25
Статья в формате PDF 112 KB...
16 01 2021 0:32:34
Статья в формате PDF 116 KB...
15 01 2021 7:57:53
Статья в формате PDF 104 KB...
14 01 2021 15:53:58
Статья в формате PDF 251 KB...
13 01 2021 11:32:36
Статья в формате PDF 110 KB...
12 01 2021 20:48:10
В статье рассматриваются теоретические и практические вопросы модернизации реального сектора экономики России. Исследуются факторы и условия, доказывающие необходимость коренных преобразований в базовых отраслях общественного производства. Раскрываются особенности функционирования реального сектора экономики в рыночных условиях современной социально-экономической системы России. Показывается роль научно-технического прогресса в формировании инновационной модели воспроизводства. Обоснована необходимость проведения действенной государственной промышленной и инновационной политики с целью создания целостной и эффективной национальной инновационной системы; создания системы экономических стимулов для производителей при вовлечении в гражданско-правовой оборот результатов интеллектуальной деятельности и обеспечения государственной поддержки дальнейшего развития национальной инновационной инфраструктуры. ...
11 01 2021 21:13:27
Статья в формате PDF 119 KB...
10 01 2021 7:32:55
Статья в формате PDF 111 KB...
09 01 2021 13:31:37
Статья в формате PDF 107 KB...
08 01 2021 7:51:49
Химиотерапевтические средства в комплексе с хирургическими операциями широко используются для лечения онкологических больных. Несмотря на то, что арсенал этих препаратов широко представлен, все эти препараты обладают высокой токсичностью. Результаты цитогенетических исследований, проводимых на семенах пшеницы безостая – 1 показали, что 0,01; 0,02 и 0,05 % растворы исследуемого вещества не обладают цитотоксичностью, и лишь в разведении 0,1 % обнаруживает слабое цитотоксическое действие. Методом биотеста было выявлено, что при внутрибрюшинном введении белым мышам 1 мл раствора 4-аммоний пиридин тетрахлорпалладита исследуемое вещество обнаруживает высокую токсичность, которая усиливается со времени, начиная с момента введения, и зависит от концентрации введенного раствора. ...
07 01 2021 17:43:48
Статья в формате PDF 125 KB...
06 01 2021 11:52:26
Статья в формате PDF 121 KB...
05 01 2021 3:55:59
Статья в формате PDF 119 KB...
04 01 2021 8:20:27
Статья в формате PDF 120 KB...
03 01 2021 8:26:15
Статья в формате PDF 131 KB...
02 01 2021 15:13:44
Статья в формате PDF 114 KB...
31 12 2020 11:49:19
Статья в формате PDF 102 KB...
30 12 2020 20:14:43
Статья в формате PDF 113 KB...
29 12 2020 21:48:24
Статья в формате PDF 172 KB...
28 12 2020 7:51:29
Статья в формате PDF 126 KB...
26 12 2020 1:39:58
Статья в формате PDF 110 KB...
25 12 2020 4:44:48
Статья в формате PDF 141 KB...
24 12 2020 21:37:57
Статья в формате PDF 99 KB...
23 12 2020 5:34:15
Статья в формате PDF 255 KB...
22 12 2020 18:23:41
Статья в формате PDF 110 KB...
21 12 2020 10:46:48
Статья в формате PDF 257 KB...
20 12 2020 2:36:48
Статья в формате PDF 263 KB...
19 12 2020 23:56:18
Статья в формате PDF 128 KB...
18 12 2020 17:33:45
Статья в формате PDF 115 KB...
16 12 2020 17:10:24
Статья в формате PDF 98 KB...
15 12 2020 9:58:25
Статья в формате PDF 110 KB...
14 12 2020 5:45:36
Статья в формате PDF 102 KB...
12 12 2020 0:33:28
Статья в формате PDF 112 KB...
11 12 2020 17:57:12
Статья в формате PDF 121 KB...
10 12 2020 9:56:24
Статья в формате PDF 276 KB...
09 12 2020 12:19:56
Статья в формате PDF 105 KB...
08 12 2020 20:23:34
Статья в формате PDF 277 KB...
07 12 2020 14:51:12
Статья в формате PDF 91 KB...
06 12 2020 11:58:31
Статья в формате PDF 286 KB...
05 12 2020 21:58:47
Статья в формате PDF 253 KB...
04 12 2020 0:37:13
Предложен арсенал эмбриональных белков – потенциальных маркеров опухолей яичников. Испытано более десятка новых эмбриональных белков, но строго специфичного белка для диагностики опухолей яичников не обнаружено; наиболее перспективным маркером остается С О В А-1. Достойное внимание уделено особенностям эволюции и механизму раннего распространения опухолевого процесса. Обсуждается роль беременности – как средства профилактики опухолевого заболевания яичников. В работе предпринята попытка осмыслить истоки и логику заболевания. ...
03 12 2020 12:30:28
Статья в формате PDF 111 KB...
02 12 2020 6:36:57
Статья в формате PDF 115 KB...
01 12 2020 23:51:38
Статья в формате PDF 167 KB...
29 11 2020 23:21:52
Статья в формате PDF 98 KB...
28 11 2020 10:13:39
Статья в формате PDF 121 KB...
27 11 2020 22:47:57
Статья в формате PDF 264 KB...
26 11 2020 2:39:40
Проведена инвентаризация лихенофлоры Республики Татарстан ( Р Т). Показана роль особо охраняемых природных территорий в сохранении флористического разнообразия. Дан спектр семейств редких видов во флоре обследованной территории и анализ состава географических элементов. Рассмотрено распределение редких видов по основным типам местообитаний. Даются некоторые сведения о редких и исчезающих лишайниках для включения в Красную книгу Р Т. ...
25 11 2020 6:42:36
Статья в формате PDF 114 KB...
24 11 2020 18:43:52
Статья в формате PDF 142 KB...
23 11 2020 11:36:33
Статья в формате PDF 295 KB...
22 11 2020 17:47:23
Статья в формате PDF 688 KB...
21 11 2020 14:40:57
Статья в формате PDF 274 KB...
20 11 2020 15:22:53
Статья в формате PDF 127 KB...
17 11 2020 11:17:19
Статья в формате PDF 254 KB...
16 11 2020 10:17:44
Еще:
Обзоры -1 :: Обзоры -2 :: Обзоры -3 :: Обзоры -4 :: Обзоры -5 :: Обзоры -6 :: Обзоры -7 :: Обзоры -8 :: Обзоры -9 :: Обзоры -10 :: Обзоры -11 ::