ТУННЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ И ПРОТОННАЯ РЕЛАКСАЦИЯ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ

Авторы
Файлы

Тимохин В.М. Статья в формате PDF 138 KB

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 SiO₄^4- 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 хаpaктеристикой материала, например, для сульфата кальция (природного) Т_тунн=124К, для прокалённого Т_тунн=145К, для талька (природного) Т_тунн=112К, для прокалённого Т_тунн=125К, для иодата лития (природный) Т_тунн= 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 пpaктики по диагностике электротехнических материалов в агрессивных средах и при низких температурах, что привело к разработке ряда пpaктических технологий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Тимохин, В.М. Пат. №2348045 РФ МПК G 01N 27/00. Многофункциональное устройство для исследования физико- технических хаpaктеристик 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.

ДЕЙСТВИЕ БИОПРЕПАРАТОВ НА ПЕРВЫХ ЭТАПАХ ОНТОГЕНЕЗА РАННИХ СОРТОВ ОГУРЦА В ЗАЩИЩЕННОМ ГРУНТЕ ПРИ ПЛЕНОЧНОМ УКРЫТИИ

Установлено, что замачивание семян пяти сортов огурца в растворах биопрепаратов: альбит, биогумус, гумми, положительно влияет на повышение энергии прорастания , всхожести и роста корневой системы. Особенно эффективны биогумус и гумми на сортах Чистые пруды и Гектор. ...

23 03 2026 1:24:47

ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТРИЭТИЛЕНГЛИКОЛЬ ДИАЦЕТАТА В УСЛОВИЯХ ОСТРЫХ ОПЫТОВ

Статья в формате PDF 206 KB...

22 03 2026 0:10:29

МЕХАНИЗМЫ РЕАЛИЗАЦИИ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДИК САМОУПРАВЛЕНИЯ С БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

Проводился анализ изменений биоэлектрической активности головного мозга и сверхмедленной активности в нервной, дыхательной и сердечно-сосудистой системах в процессе адаптивного биоуправления с биологической обратной связью по параметрам церебральной гемодинамики и медитации. Осуществлялась регистрация сверхмедленной активности нервной и сердечно-сосудистой систем и локализация биоэлектрической активности нервной системы. Выявлено вовлечение различных мозговых структур в реализацию поведенческих стратегий в группах обучившихся различным видам самоуправления, что говорит о различии механизмов достижения конечного результата. Полученные результаты свидетельствуют о вовлечении кардиореспираторной синхронизации в изменение биоэлектрической активности только при релаксации с помощью адаптивного биоуправления. Осуществлена проверка резонансной гипотезы релаксации, согласно которой при совпадении частот изменения дыхания, биоэлектрической активности мозга, сердечного ритма и сосудистого тонуса происходит усиление активности в вовлекаемых в резонансный ответ структурах. ...

21 03 2026 20:30:11

ИЗУЧЕНИЕ РЕАКЦИИ ГИДРИРОВАНИЯ АЛЛИЛОВОГО СПИРТА НА 1 %Pd/Nd2O3 КАТАЛИЗАТОРЕ

В работе представлены результаты по гидрированию аллилового спирта на 1 % Pd/Nd2O3 катализаторе. Найдено увеличение скорости гидрирования в 3,3 раза на 1 %Pd/Nd2O3 катализаторе по сравнению с 1 %Pd/Al2O3.. Показана возможность «мягкого» жидкофазного гидрирования двойной связи в аллиловом спирте, не осложненное конкурирующим гидрированием гидроксильной группы. Побочной реакцией является образование пропаналя. ...

20 03 2026 17:53:18

ПЕРЕКИСНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИПИДОВ И ВАРИАБЕЛЬНОСТЬ СЕРДЕЧНОГО РИТМА У БОЛЬНЫХ ИШЕМИЧЕСКОЙ БОЛЕЗНЬЮ СЕРДЦА С ПАРОКСИЗМАЛЬНОЙ ФОРМОЙ ФИБРИЛЛЯЦИИ ПРЕДСЕРДИЙ

Цель. Изучить показатели пероксидного статуса и вариабельность сердечного ритма у больных ишемической болезнью сердца с пароксизмальной формой фибрилляции предсердий. Материалы и методы. В исследование было включено 22 больных ишемической болезнью сердца с пароксизмальной формой фибрилляции предсердий. Контрольную группу составили 15 относительно здоровых человек. Нейровегетативный статус изучали методом кардиоинтервалометрии. Активность перекисного окисления липидов у пациентов оценивали по уровню фоновой концентрации малонового диальдегида в эритроцитах крови. Концентрацию малонового диальдегида определяли при поступлении на фоне фибрилляции предсердий, а также в первые сутки после восстановления синусового ритма параллельно с проведением кардиоинтервалометрии. Результаты. По сравнению с контрольной группой у больных с фибрилляцией предсердий в момент нарушения ритма имеет место повышение концентрации малонового диальдегида и некоторое ее снижение в первые сутки после восстановления. Данные кардиоинтервалометрии указывают на достоверное повышение активности симпатоадреналовой системы, снижение активности парасимпатической системы и повышение активности регуляторных систем организма в целом у больных ишемической болезнью сердца с фибрилляцией предсердий после восстановления синусового ритма. Заключение. Дальнейшее изучение исследуемых показателей и их фармакологическая регуляция позволят улучшить лечение и прогноз у данной категории больных. ...

19 03 2026 1:37:35

ОРГАНОМЕТРИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПУПОВИНЫ В НОРМЕ И ПРИ ПАТОЛОГИИ БЕРЕМЕННОСТИ

В работе представлены результаты органометрического исследования пуповины новорожденных при физиологической беременности и с экстрагeнитaльной патологией: анемией, артериальной гипертензией, артериальной гипотензией, хроническим пиелонефритом с учетом типа телосложения женщины. Выявлена взаимосвязь простых и расчетных показателей параметров пуповины при физиологической и патологической беременности. Это важно для объективной оценки возможных патологических изменений пуповины новорожденных с учетом патологии и соматического типа женщины. ...

18 03 2026 13:29:40

ТИПИЗАЦИЯ ГРАНИТОИДОВ НА ОСНОВЕ СОСТАВОВ БИОТИТОВ

Статья в формате PDF 393 KB...

17 03 2026 12:58:49

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ ПОЛЕЗНОГО КОМПОНЕНТА В ГАЛУРГИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЯХ

Статья в формате PDF 91 KB...

16 03 2026 6:12:19

НАРУШЕНИЯ ГОМЕОСТАЗА ПРИ РОЖИСТОМ ВОСПАЛЕНИИ И ИХ КОРРЕКЦИЯ

Статья в формате PDF 107 KB...

15 03 2026 6:19:27

КЛЕТОЧНЫЕ МЕХАНИЗМЫ РАЗВИТИЯ СИНДРОМА ДИСРЕГЕНЕРАЦИИ ВЕРХНИХ ДЫХАТЕЛЬНЫХ ПУТЕЙ У ДЕТЕЙ

Статья в формате PDF 114 KB...

14 03 2026 15:35:17

ПСИХОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ СТАТУС СТУДЕНТОВ ТЫВИНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

Статья в формате PDF 93 KB...

13 03 2026 1:17:30

Пять ситуаций, которых следует избегать женщине-соискательнице

Статья в формате PDF 315 KB...

12 03 2026 8:11:33

ВЗАИМОСВЯЗЬ ФАКТОРОВ ЗАЩИТЫ И МИКРОБНОГО СООБЩЕСТВА СЛИЗИСТЫХ ОБОЛОЧЕК НОСА У БОЛЬНЫХ ХРОНИЧЕСКИМ ГНОЙНЫМ РИНОСИНУСИТОМ

Статья в формате PDF 136 KB...

11 03 2026 2:32:51

ПОВЫШЕНИЕ МОЩНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГИБРИДНОЙ ЭНЕРГОСИЛОВОЙ УСТАНОВКИ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ КОМПОНОВОЧНОЙ СХЕМЫ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ В КОНСТРУКЦИИ СОГЛАСУЮЩЕГО РЕДУКТОРА ЦЕНТРОБЕЖНОЙ МУФТЫ ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ

Статья в формате PDF 120 KB...

10 03 2026 4:45:14

ДИНАМИКА ИЗМЕНЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ВЕРХОВЫХ ТОРФЯНИКАХ ЮГА ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ

Статья в формате PDF 163 KB...

09 03 2026 17:24:12

ВЕГЕТАТИВНАЯ ДИСТОНИЯ У БОЛЬНЫХ БРОНХИАЛЬНОЙ АСТМОЙ

Статья в формате PDF 125 KB...

08 03 2026 21:20:39

АНТИТРОМБОТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ СТЕНКИ СОСУДОВ У ПОРОСЯТ МОЛОЧНОГО ПИТАНИЯ С АНЕМИЕЙ

Статья в формате PDF 136 KB...

07 03 2026 3:30:11

ВЛИЯНИЕ МОКСОНИДИНА НА СУБФРАКЦИИ ЛИПИДОВ И ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ К ИНСУЛИНУ БОЛЬНЫХ С АРТЕРИАЛЬНОЙ ГИПЕРТЕНЗИЕЙ

Статья в формате PDF 131 KB...

06 03 2026 17:52:40

ПОДГОТОВКА СПЕЦИАЛИСТА В ОБЛАСТИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА УРОВНЕ CIO. ЗАДАЧИ ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И БИЗНЕСА

Статья в формате PDF 139 KB...

05 03 2026 5:45:39

ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВА В РОССИИ

Статья в формате PDF 269 KB...

04 03 2026 19:11:38

ИСЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА ТП-13/В, РАБОТАЮЩЕГО НА ПРИРОДНО-ДОМЕННОЙ СМЕСИ ГАЗОВ

В статье отражен анализ работы котельного агрегата ТП-13/В, работающего на смеси природного и доменного газов, выявлены основные недостатки его работы. Также предложены мероприятия, позволяющие повысить эффективность котельного агрегата и решить некоторые проблемы, связанные с его работой. Рассмотрена целесообразность внесения предложенных изменений. ...

03 03 2026 0:12:43

ОПАСНОСТЬ ВОЗДЕЙСТВИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА

Статья в формате PDF 142 KB...

02 03 2026 22:50:21

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ТОКСИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ НА БИОЛОГИЧЕСКИК СИСТЕМЫ

Статья в формате PDF 124 KB...

01 03 2026 8:38:18

СИСТЕМОГЕНЕЗ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ У ЗДОРОВЫХ ДЕТЕЙ ПРЕПУБЕРТАТНОГО ВОЗРАСТА

Статья в формате PDF 99 KB...

28 02 2026 6:41:45

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ХЛЕБА, ОБОГАЩЕННОГО СЕМЕНАМИ НУТА

Статья посвящена экспериментальному исследованию по разработке технологии приготовления хлеба повышенной биологической ценности на основе биоактивированных семян нута. В ходе исследований были определены рациональные режимы проращивания семян нута, исследованы их химический состав и ферментативная активность; разработана технология хлебобулочных изделий на основе измельченных биоактивированных семян нута; составлен аппаратурно-технологический участок приготовления теста. ...