Диэлектрические свойства силикатных матриц заполненных AgI и CuI

• Автор: Андриянова, Наталья Павловна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Благовещенск
• Количество страниц: 116 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Суперионная проводимость и размерные эффекты в твердом теле
1.1 Дефекты кристаллической решетки и ионная проводимость
1.2 Возникновение ионно-миграционной поляризации
1.3 Вещества с большой ионной проводимостью и суперионники
1.4 Критерии возникновения суперионной проводимости и теория суперионных фазовых переходов
1.5 Получение малых частиц и природа размерных эффектов
1.6 Электрические и тепловые свойства наноматериалов
1.7 Свойства суперионных проводников в условиях ограниченной геометрии
Глава 2. Методика исследований и расчетов
2.1 Основные характеристики мезопористых силикатных матриц и приготовление образцов
2.2 Методика измерений электрических параметров
2.3 Диэлектрические свойства неоднородных систем
2.4 Расчет диэлектрической проницаемости наполнителя через эффективные параметры заполненной матрицы
2.5 Программа автоматического расчета диэлектрических свойств неоднородных систем
Г лава 3. Влияние размера частиц на электрические свойства суперионных проводников
3.1 Диэлектрические свойства веществ с ионной проводимостью (Na-p-глинозёмы, Agi, Cul)
3.2 Электрические свойства Agi и Cul в нанопористых матрицах
3.3 Влияние размера частиц на температуру суперионного фазового перехода в Agi
Заключение
Список литературы
Введение
В последнее время в физике уделяется большое внимание изучению влияния размерных эффектов на свойства материалов. В частности, многочисленные теоретические и экспериментальные исследования, проведенные для малых частиц, выявили существенные изменения их физических характеристик при уменьшении размеров. Особенно сильно размерные эффекты влияют на фазовые переходы различной природы. Одним из способов получения малых частиц является внедрение исследуемого вещества в пористую матрицу, характерный размер пор которой лежит в нанометровом диапазоне. Поведение внедренных частиц может отличаться от поведения изолированных малых частиц, так как в этом случае может сказываться как взаимодействие между частицами и пористой матрицей, так и между самими частицами.
Заполненные пористые матрицы рассматривают как перспективные нанокомпозитные структуры для промышленного применения. Исследованию соединений на основе нанопористых матриц, заполненных жидкими кристаллами, простыми и органическими жидкостями, металлами, полимерами и сегнетоэлектриками посвящен ряд работ (см. [1-8] и ссылки в них). Обнаружено, что наноограничение влияет на фазовые переходы плавления и затвердевания, формирование стекла, атомную и молекулярную диффузию, сверхпроводимость, сегнетоэлектричество и фазовые трансформации в жидких кристаллах.
Свойства супериоников Lil и Agi, введенных в пористые матрицы из А1203 и Si02, изучались в [3-7]. Сильное увеличение удельной электропроводности наблюдалось для пористого оксида алюминия с Agi и Lil [4-6], в то время как значительное уменьшение или небольшое увеличение удельной электропроводности были обнаружены для Agi, внедренного в пористые силикатные стекла [3]. Результаты относительно изменения температуры су-перионного фазового перехода для малых частиц Agi в порах также противоречивы. Было обнаружено, что температура фазового перехода увеличивалась

для Agi в пористом оксиде алюминия [6], уменьшалась для частиц Agi в порах искусственного опала и несколько увеличивалась и затем уменьшалась по мере уменьшения размеров пор от 50 до 10 нм для Agi, введенного в пористые стекла. А в работе [8] сообщается об изменении фазового перехода первого рода до перехода второго рода для Agi закаленного в жидком азоте. Данные о свойствах суперионных проводников размерностью менее 10 нм вообще отсутствуют.
Слабая изученность свойств наноразмерных суперионных проводников обусловлена тем, что сама ионика твердого тела находится на этапе накопления опытных данных. Кроме того, суперионники являются необычными твердыми телами, в которых регулярность кристаллической решетки в значительной степени разрушена. В результате этого возникают проблемы связанные с теоретическим описанием веществ данного класса. Так, например, появляются новые особенности присущие фононному спектру. Применение теории фазовых переходов Ландау даже при выполнении критериев ее применимости затрудненно не вполне ясной природой параметра порядка.
Целью диссертационной работы является исследование свойств суперионных проводников внедренных в мезопористые силикатные матрицы с различными размерами пор: SBA-15 - 52À, МСМ-41(С-16) -37Â, МСМ-41(С -14) -26,1À и МСМ-41 (С-12) -23,8À и 20Â.
В качестве объекта исследования были выбраны супериониые проводники с различной структурой: Agi, и Cul
Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Разработать методику внедрения: Agi, и Cul в пористые нанораз-мерные матрицы.
2. Исследовать температурно-частотную зависимость комплексной диэлектрической проницаемости матриц, заполненных супериониками.

«перекрестно» друг с другом. Имея в виду, что общее число пар при этом пропорционально п, и вводя безразмерную концентрацию x=n/N2 (0<х<0), запишем энергию Е(п) в виде:
Е(х) = Nwx-Xjc2 / 2) (1-4.1)
Здесь А - феноменологическая константа, знак и величина которой оп-
ределяются результирующим эффектом взаимодействий ансамбля междо-узельных ионов и вакансий в кристалле; А>0 - соответствует эффективному притяжению, А<0 - эффективному отталкиванию
Из соотношений (1.1.8) и (1.4.1), с учетом lnz!=zlnz-z, z » 1 запишем:
F(d) / N2 = F(x) = wx- Ад:2/2 - kT(-2x In x - (1 - x)ln(l -x) +
+ xln(x/V, /N2) + (x - TV, /TV2)ln(l - N2x/TV,))
Соответствующее уравнение состояния, получаемое из условия AF / Ах = 0, имеет вид:
х2 f IV —Ax') ,, ,
= X ехР
(1-х)(/У,/Л'2-х) кТ
Значение величины N1 должно быть заключено между двумя предельными: плотностью локализованных междоузлий и эффективной плотностью состояний в зоне проводимости для ионов. Как показывают оценки, в обоих пределах можно полагать Л') » Ы2, в этом случае IV, /ТУ, » х, и соответственно (1.4.2) и (1.4.3) принимают вид:
Т7(х) = шх-/1х2/2-А7,[х(1 + 1пу) —х1пх2 - (1 - х) 1п(1 - х)] (1.4.4) х2 /(1-х) = Vехр(- Ах)/ кТ) (1.4.5)
Соотношение (1.4.5) можно также записать в виде:
*£ = *=? - (1.4.6)
А 1п((1-х)/х2)
где V = у/Т, /Ы2, х=тт/А - безразмерные параметры, с помощью которых можно полностью определить поведение рассматриваемой системы. Заметим, что, хотя Nу?У2» 1, благодаря фактору % параметр V может изменяться в