ТУННЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ И ПРОТОННАЯ РЕЛАКСАЦИЯ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ
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 хаpaктеристикой 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 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.
Статья в формате PDF
161 KB...
31 08 2026 0:10:47
Статья в формате PDF
250 KB...
30 08 2026 3:15:38
Статья в формате PDF
112 KB...
28 08 2026 10:12:31
Статья в формате PDF
194 KB...
27 08 2026 2:28:21
Статья в формате PDF
97 KB...
26 08 2026 0:17:32
Статья в формате PDF
150 KB...
25 08 2026 4:27:44
Статья в формате PDF
244 KB...
24 08 2026 18:44:45
Статья в формате PDF
200 KB...
23 08 2026 21:46:12
Статья в формате PDF
111 KB...
21 08 2026 23:39:33
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.
...
20 08 2026 3:42:36
Статья в формате PDF
107 KB...
19 08 2026 22:25:51
Статья в формате PDF
125 KB...
18 08 2026 9:18:56
Изучено состояние гемато-саливарного барьера по показателям перекисного окисления липидов, оксида азота, антиоксидантной защиты и макроэлементов у детей с хроническим гастродуоденитом и функциональной диспепсией. Показано, что нарушения в функционировании барьера имеют значение в механизмах повреждения желудка и двенадцатиперстной кишки. Учитывая достоверные изменения метаболического профиля слюны, различные при воспалительных и функциональных заболеваниях гастродуоденальной зоны, предложено использовать его параметры для неинвазивной скрининговой диагностики этой патологии.
...
17 08 2026 5:22:42
Статья в формате PDF
111 KB...
15 08 2026 19:36:33
Адаптация организма к гипоксии существенно повышает возможности животных сохранять функциональный статус в гипоксических условиях. Исследования метаболизма моноаминов в разных отделах мозга выявили функционально зависимый хаpaктер сдвигов. При этом уровень активности моноаминергических систем может быть фактором, лимитирующим реализацию адаптивных возможностей организма.
...
14 08 2026 12:46:32
Статья в формате PDF
183 KB...
13 08 2026 10:18:11
С помощью комплекса ядерно-физических методов, ЯМР-спектроскопии, выявлена неоднозначная степень насыщения связанной фазы воды молекулами воды и ряда химических элементов, где основу их специфической связи представляет многослойная поляризованная структура сыворотки крови и лимфы здоровых людей, пациентов с актуальными заболеваниями. Разработана иерархическая двухуровневая модель, согласно собственной концепции сопряженного действия и эффекта энергии, системного ЭМП, энергии биохимических цикловых процессов, объединенных потоком протонов, регулируемых буферной системой и гормонами стресса.
...
12 08 2026 15:16:48
Статья в формате PDF 112 KB...
11 08 2026 18:57:10
Статья в формате PDF
254 KB...
09 08 2026 3:49:38
Статья в формате PDF
129 KB...
08 08 2026 5:35:57
Статья в формате PDF 293 KB...
07 08 2026 19:25:19
Статья в формате PDF
144 KB...
06 08 2026 23:22:10
Статья в формате PDF
139 KB...
05 08 2026 10:22:40
Статья в формате PDF
106 KB...
03 08 2026 6:29:24
Статья в формате PDF
141 KB...
02 08 2026 16:19:23
Статья в формате PDF
265 KB...
01 08 2026 11:57:31
Статья в формате PDF
320 KB...
31 07 2026 15:46:56
Работа посвящена особенностям вегетативной регуляции сердечного ритма военнослужащих срочной службы в процессе прохождения воинской службы в зависимости от прежнего местожительства. Исследования показали, что у городских военнослужащих уровень напряжения регуляторных механизмов выше, чем у сельских. У городских военнослужащих адаптация к воинской службе протекает с большим напряжением регуляторных механизмов, за счет увеличения активности симпатического звена и субкортикальных уровней регуляции (высших вегетативных центров) наблюдаемое уже на середине и в конце прохождения воинской службы. Усиление степени централизации у них отмечалось уже в середине прохождения воинской службы, в то время как у сельских военнослужащих усиления отмечалось в конце службы.
...
30 07 2026 23:53:16
Рассмотрена финансовая поддержка издательских проектов Российским Фондом Фундаментальных Исследований. Проанализированы количественные хаpaктеристики и динамика результатов конкурсов проектов по разным областям знания.
...
28 07 2026 20:56:44
Статья в формате PDF
118 KB...
27 07 2026 11:18:59
Статья в формате PDF
235 KB...
26 07 2026 23:24:41
Статья в формате PDF
102 KB...
25 07 2026 4:27:43
Статья в формате PDF
84 KB...
24 07 2026 17:32:19
Статья в формате PDF
126 KB...
23 07 2026 6:15:56
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::
