Применение метода нелинейного импеданса для исследования электрохимических систем с металлическими и полупроводниковыми электродами

• Автор: Абатуров, Михаил Анатольевич
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 127 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

1.1. Общие вопросы применения нелинейных методов в электрохимии.

1.2. Принципы АДМметода.

Глава 2. ОПИСАНИЕ АДМ УСТАНОВКИ ДЛЯ

ИССЛЕДОВАНИЯ СПЕКТРА НЕЛИНЕЙНОГО ИМПЕДАНСА.

2.1. Блоксхема установки

2.2. Система выделения и измерения сигнала

нелинейного отклика АДМ.

2.3. Учет возможных источников ошибок и

погрешностей
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНОГО ИМПЕДАНСА СИСТЕМЫ, ОПИСЫВАЕМОЙ СХЕМОЙ ЭРШЛЕРАРЭНДЛСА.
3.1. Модель ЭршлераРэндлса и комплексный
характер ее нелинейного импеданса.
3.2. Экспериментальная часть исследование системы ферроферрицианид на платиновом электроде
Глава 4. ВОЗМОЖНОСТИ НЕЛИНЕЙНОЙ ИМПЕДАНССПЕКТРОСКОПИИ ПО
ИССЛЕДОВАНИЮ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ.
4.1. Экспериментальная часть
исследование системы кадмиевый электрод в растворе собственных ионов .
4.2. Теоретический анализ экспериментальных результатов. Оптимизация модели.
ГЛАВА 5. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА НЕЛИНЕЙНОГО ИМПЕДАНСА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЭЛЕКТРОДОВ.
5.1. Литературные данные по импедансу полупроводниковых электродов
5.2. Реализация ВольтФарадного метода на основе принципа демодуляции АДИ.
5.3. Экспериментальные результаты и обсуждение для традиционных полупроводников
5.4. Исследования электродов из синтетического полупроводникового алмаза
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Особое внимание уделяется проблеме выделения, усиления и регистрации квадратурных составляющих демодулированного сигнала в широком частотном диапазоне. Последующие три главы посвящены грименению созданной установки для исследования ряда систем от простейших до сложных и мало изученных. В главе 3 проанализированы свойства нелинейного импеданса традиционной модели ЭршлераРэндлса. Для реализации модели в конкретных электрохимических исследованиях была использована окислительновосстановительная система ферриферроцианид на платине. Показана достоверность получаемых результатов. В главе 4 приводятся результаты исследования сложной системы кадмиевый электрод в растворе собственных ионов. Выбранная модель представляла собой дву стадийную реакцию с адсорбцией промежуточного вещества и частичным переносом эффективного заряда. Были выявлены богатые информационные возможности метода нелинейной импедансспекгроскопии, установлена необходимость расширения диапазона в инфранизкочастотную область. В главе 5 рассматриваются особенности нелинейного импеданса полупроводниковых систем, характеризуемых барьером Шоттки, предлагается эффективный способ измерения концентрации легирующей примеси, основанный на методе амплитудной демодуляции. Отдельно рассматриваются системы с полупроводниковыми алмазами, проявляющими свойства элементов постоянного сдвига фазы в характеристике барьера Шоттки. В заключении делаегся вывод о том, что результаты представленной работы убедительно демонстрируют большие информационные возможности нелинейных методов, указывают наиболее перспективный путь их развития в направлении нелинейной импедансслектроскопии для исследования сложных систем. Нелинейные методы исследований в электрохимии образуют обширную группу среди прочих переменнотоковых методов. Одним из первых среди них был метод фарадеевского выпрямления, на идею которого указали индийские ученые Досс К. Агарвал X. Метод основан на том очевидном эффекте выпрямления, который присущ любым нелинейным элементам. Дальнейшее развитие идеи индийских ученых было связано с такими известными в научном мире именами как Фурнье М. МацудаХОпдхем К, Баркер Г. Рангараджан С. Вдовин Ю. ДелахейП. Дело в том, что измерение быстрых реакций характеризуется сопротивлением малой величины, измерение которой на фоне подавляющего сопротивления раствора электролита бывает затруднено. В то же время нелинейные методы нечувствительны к этому линейному фактору раствора и позволяют исследовать характеристики быстрых реакций без указанной помехи. Кроме того, существенные ограничения линейных методов вызваны также проявлением диффузионного импеданса на низких частотах и емкостного двойнослойного импеданса на высоких частотах. Делахеем П. М что соответствует таким большим значениям константы скорости как смс. Нелинейные эффекты не ограничиваются только свойством выпрямления. Другим их наглядным проявлением является искажение формы сигнала. Метод, основанный на этом эффекте, получил соответствующее название метод фарадеевского искажения . Эффекты выпрямления и искажения гармонического сигнала на нелинейном элементе наглядно проиллюстрированы на рис. Следует отметить, что в названиях нелинейных мегодов в их исходном виде присутствовало определение фарадеевскийи, указывающее на природу нелинейного эффекта. К настоящему времени установлено, что в реальных электрохимических системах нелинейность не обязательно связана исключительно только с фарадеевскими процессами, но может быть обусловлена и другими причинами, например, нелинейностью характеристик емкости двойного слоя . Если для описания нелинейных эффектов гармонических сигналов использовать язык спекгрального анализа , то, как известно, эффекту выпрямления будет соответствовать возникновение в исходном слекгре составляющей с нулевой частотой, а явление искажений представляет собой возникновение гармоник в исходном спекгре, то есть сигналов с удвоенной, утроенной и т. При этом четные гармоники соответствуют несимметричным искажениям, нечетные симметричным. Рис.