ТВЁРДОТЕЛЬНАЯ ХЕМОТРОНИКА (монография)

1

• Авторы
• Файлы

Юшина Л.Д. Статья в формате PDF 134 KB

Современный уровень прогресса во многих сферах науки и техники неразрывно связан, а порой, в значительной степени обусловлен успехами в области электроники, автоматики и вычислительной техники. Однако возрастающая сложность и объем задач, которые приходится решать системам автоматического контроля и управления процессами, постоянно ведут к расширению требований, предъявляемых к используемым приборам. Эти требования не всегда могут быть решены с применением традиционных полупроводниковых и электронных приборов. Поэтому вполне естествен поиск принципиально новых технических решений на основе использования последних достижений физики, химии и других отраслей знаний.

В результате происходит взаимопроникновение и взаимообогащение отдельных научных направлений и появление новых. Одним из таких гибридных научно-технических направлений явилась хемотроника, возникшая на стыке автоматики и электроники с электрохимией.

Хемотроника зародилась как техническая отрасль, призванная разpaбатывать общие теоретические и технологические принципы построения электрохимических преобразователей информации (хемотронов), а также способов их применения. Название «электрохимические преобразователи информации» подчеркивает, что в основу действия хемотронов положены явления и закономерности, наблюдаемые при протекании электрохимических процессов.

Разработка хемотронных устройств, особенно на твердых электролитах, весьма актуальна, поскольку современной радиоэлектроникой на повестку дня поставлен ряд таких требований, которые принципиально не могут быть решены без использования электрохимических приборов либо решаются менее эффективно с применением устройств, функционирующих на других физических принципах. Это касается прежде всего использования хемотронов при преобразовании маломощных сигналов в диапазоне низких и инфранизких частот (10^-5-10 Гц). В этой области техники электрохимические преобразователи информации по простоте устройства, стоимости, чувствительности и потрeбляемой энергии (~10^-8 - 10^-3 Вт) имеют заметные преимущества перед традиционными электронными и полупроводниковыми приборами.

Следует подчеркнуть, что использование твердых электролитов при создании хемотронных приборов и устройств не только значительно расширило их эксплуатационные возможности по сравнению с жидкостными хемотронами, но и существенно улучшило типовые хаpaктеристики.

Прогресс в этом направлении был достигнут благодаря открытию нового класса твердых электролитов, получивших название супериоников. Основным отличительным свойством этого класса электролитов является супервысокая ионная проводимость, достигающая 0,1 - 0,5 См/см при низких температурах. За счет их использования весьма заметно расширился диапазон рабочих температур (от -60° до +100 °С и выше) и удлинились сроки сохранности приборов. Появилась также возможность миниатюризации самого хемотронного устройства, вплоть до пленочного исполнения. Сегодня имеются сведения о разработке твердотельных хемотронов, изготавливаемых в едином технологическом цикле с микросхемами. Это свидетельствует о том, что твердотельные хемотроны перестают быть только дискретными комплектующими элементами радиоэлектронной аппаратуры. Однако и теперь они, как правило, в качестве активных элементов радиоэлектроники самостоятельно не используются. Хемотроны применяются совместно с полупроводниковыми и другими традиционными электротехническими приборами и устройствами, дополняя и расширяя функциональные возможности последних.

Согласно имеющейся в открытой печати информации, некоторые хемотронные приборы (резисторы, таймеры, интеграторы) уже вышли на уровень коммерческого производства.

Имеются также сведения о проведении научных исследований и конструкторско-технологических работ в области хемотроники, осуществляемых в Англии, Канаде, России, ФРГ, Японии и других странах.

В последние десятилетия на основе успехов в развитии теоретической и экспериментальной электрохимии созданы хемотроны различного назначения: датчики температуры, электрохимически управляемые сопротивления, оптические подуляторы, выпрямители и стабилизаторы микротоков, нелинейные ёмкости, индикаторы отказа электронных схем, умножители, дифференцирующие устройства и т.п. Однако, к сожалению, большая часть указанных хемотронных устройств работают на жидких электролитах. В связи с этим твердотельная хемотроника, являющаяся новым направлением в науке, призвана разpaбатывать основы функционирования и конструирования различных классов хемотронов на базе твердых электролитов. Устройства именного этого типа имеют огромную перспективу использования в технике.

Анализируя информацию по созданию хемотронных приборов на базе твердых электролитов, автор в рамках монографии рассмотрела комплекс взаимосвязанных вопросов:

1. физические и электрохимические принципы функционирования твердотельных хемотронных устройств;
2. конструкции и хаpaктеристики элементов различных классов твердотельных хемотронов, разработанных в нашей стране и за рубежом;
3. возможные области применения того или иного типа хемотронного прибора;
4. некоторые перспективы развития новой области знаний - твердотельной хемотроники.

Монография включает 9 глав, изложенных на 204 стр. В главах 1-3 рассмотрены в минимальном объеме некоторые теоретические аспекты становления твердотельной хемотроники. Это - электрохимическое поведение межфазных границ, входящих в структуру твердотельного хемотрона, а также некоторые теоретические вопросы электрохимии твердых электролитов. Эти сведения необходимы для понимания сущности и принципиальных особенностей твердотельных хемотронов.

Главы 4-9 посвящены описанию структур и принципов функционирования следующих классов твердотельных хемотронов: интеграторы непрерывного и дискретного действия; электроуправляющие резистивные элементы; элементы аналоговой памяти (мемисторы и мемориоды); оптохемотронные устройства; твердотельные электрохимические элементы времени (реле и таймеры); твердоэлектролитные кулонометры.

Каждая глава заканчивается описанием примеров пpaктического использования рассматриваемого типа хемотрона.

Автор надеется, что представленный в книге материал будет интересен и полезен не только широкому кругу специалистов - электрохимиков, но и научно-техническим работникам, преподавателям, аспирантам и студентам ВУЗов, т.е. всем, кто следит за развитием новых отраслей науки и техники.

---