ТЕМПЕРАТУРНО–ЧАСТОТНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ NA-Β-ГЛИНОЗЁМА

Авторы
Файлы

Андриянова Н.П. Барышников С.В. Маловицкий Ю.Н. Статья в формате PDF 158 KB Вещества, обладающие в твёрдом состоянии ионной проводимостью соизмеримой с проводимостью жидких электролитов, называются твердыми электролитами. К таким веществам относятся алюминаты натрия (Na₂O∙nAl₂O₃). Наиболее известными представителями которых являются Na-β(β′′)-глинозёмы. Химические формулы этих модификаций глинозёма имеют вид Na₂O∙11Al₂O₃ и Na₂O∙6,5Al₂O₃, соответственно.

В этих веществах наблюдается большая подвижность ионов натрия при комнатной температуре, а при температурах 130 - 200К обнаружен фазовый переход, который интерпретируется как переход в суперионное состояние. Помимо скачка электропроводности в процессе перехода наблюдается также λ - точка в температурной зависимости теплоёмкости, хаpaктерная для фазовых переходов первого рода. Вместе с тем теория твердых электролитов слабо разработана вообще и для Na-β-глинозёмов в частности. Так, не известна функция распределения плотности локализованных состояний в запрещенной зоне, не найдены легирующие добавки оптимальным образом создающие распределение кластерных группировок (AlO₄)^5- и (AlO₆)^9- и стабилизирующие неустойчивую кристаллическую структуру.

Целью данной работы являлось исследование влияния примесных атомов с различной электронной структурой на диэлектрические свойства Na-β-глинозёмов. В качестве объекта исследования были выбраны образцы Na-β-глинозёма легированного Cu, Y и Pb в количестве 3-6 ат.%. Образцы для измерения готовились по методике описанной в [1]. Предполагалось что ионы Cu и Y, как элементы с малой энергией вырождения электронных уровней, могли повлиять на электронную подсистему твердого электролита; ионы Pb могли изменить фононный спектр.

Диэлектрические измерения проводились на частотах 10², 10³, 10⁴ и 10⁶ Hz. На частотах 10², 10³, 10⁴ Hz использовался измеритель импеданса E7-14, на частоте 10⁶ Hz - E7-12. В качестве электродов использовались электроды из возжонного серебра. Исследования проводились в температурном интервале 300 - 600 К. Температурная стабилизация составляла порядка 1 K. Перед измерениями для удаления адсорбированной воды образцы прогревались и выдерживались около часа при температуре порядка 400 К.

Как показывают исследования, при комнатной температуре диэлектрическая проницаемость на частоте 10²Гц имеет значения порядка 10³ и с ростом частоты убывает до значений порядка 50 на частоте 10⁶Гц. Причем частотную зависимость диэлектрической проницаемости для Na-β-глинозёмов нельзя описать простой формулой Дебая, что говорит о некотором наборе поляризационных механизмов с различными временами релаксации. Используя аналитическую зависимость для диэлектриков с большим числом времен релаксаций:

(1)

получаем, что для совпадения экспериментальных точек с теоретической кривой (1) при комнатной температуре приходится положить что: wt >>1, De >> e_¥, a = 0,76 для частот 10²¸10³ Гц и a = 0,74 для частот 10³¸10⁶ Гц. С ростом температуры происходит рост e, tgd и уменьшение коэффициента a (см. таблицу).

Таблица 1. Зависимость роста температуры и роста e, tgd и уменьшение коэффициента a

T.К	ε′ (10²Гц)	ε′ (10³Гц)	ε′ (10⁴Гц)	a
295	685	335	186	0,75
375	1846	661	331	0,71
475	55812	8526	2150	0,41
575	412943	34549	5889	0,29

При введении примесей появляется дополнительный механизм релаксации, что хорошо заметно на кривых tgd(w).

Рисунок 1. Зависимость tgδ от T для Na-β-глинозёма легированного Cu

Для описания дисперсии ε Na-β-глинозёмов легированных Cu, Y и Pb, в которых спектр является размытым, важен параметр α, хаpaктеризующий распределение времен релаксации. Он может быть найден из экспериментальных данных.

На рисунках 2 - 4 представлены полученные зависимости α от Т. При температурах 380 - 400 K наблюдаются пики, которые возможно связаны с наличием кристаллизационной воды в образцах.

Рисунок 2. α(T) для Na-β-глинозёма легированного Cu, Pb и Y

Зная температурные зависимости tgδ при различных частотах можно получить величины потенциального барьера для исследуемых веществ, воспользовавшись формулой:

(2)

Произведя вычисления получаем следующие значения:

U_Pb=0,85 эВ, U_Cu=0,91 эВ, U_Y=1,51 эВ.

На основании полученных данных можно сделать вывод, что при температурах ниже 600 К в Na-β-глиноземах необходимо учитывать многоосцилляторные процессы. При температурах выше 600 K эти процессы перестают действовать и становится возможным описать частотную зависимость диэлектрической проницаемости простой формулой Дебая.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Левицкий Ю.Т., Маловицкий Ю.Н., Пушкин А.А. Электронная электропроводность в системе Na₂O∙nAl₂O₃ - Y₂O₃. Неорганические материалы. - 2003, №9. - С. 971.

ИОНООБМЕННОЕ РАВНОВЕСИЕ ПРИ СОРБЦИИ ИОНОВ МЕДИ И БАРИЯ КАРБОКСИЛЬНЫМ КАТИОНИТОМ КБ-4ПХ2

Статья в формате PDF 99 KB...

28 05 2026 8:58:15

ПРЕДЕЛЬНЫЕ ЦИКЛЫ В СЛОЖНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ «ХИЩНИКЖЕРТВА»

В настоящей работе рассматриваются сложные иерархические системы «хищник -жертва - продуцент». В основу исследования таких систем положены достаточно хорошо известные экспериментальные данные, собранные компанией «Гудзонов залив» за более чем столетний период. На нижнем уровне сложной иерархической системы исследуется влияние солнечного потока на скорость роста продуцентов (деревьев, кустарников и т.д.). Показана возможность стохастических колебаний в многоуровневой системе. Подтверждена ранее высказанная гипотеза о возможности колебаний в системе «жертва -продуцент». Математическая модель описывает широкий спектр процессов и явлений, которые хаpaктерны для сложных экологических систем. ...

27 05 2026 13:30:41

Информационные технологии проектирования продовольственных товаров

Статья в формате PDF 106 KB...

26 05 2026 10:30:40

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СОДЕРЖАНИЯ НА РОСТ РЕМОНТНЫХ ТЁЛОК

Статья в формате PDF 116 KB...

25 05 2026 17:48:27

СТАТИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗМУЩЕННЫХ ТРАЕКТОРИЙ ДВИЖЕНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ В АТМОСФЕРЕ

Статья в формате PDF 113 KB...

24 05 2026 5:30:54

ЭПИДЕМИОЛОГИЯ ПОЛЛИНОЗОВ У ШКОЛЬНИКОВ РЕСПУБЛИКИ САХА (ЯКУТИЯ)

Статья в формате PDF 102 KB...

23 05 2026 6:13:15

ОСОБЕННОСТИ МИГРАЦИИ ДОМИНАНТНОГО ПЕЙСМЕКЕРНОГО РЕГИОНА В СИНУСНО-ПРЕДСЕРДНОМ УЗЛЕ СЕРДЦА КРЫСЫ IN VITRO

Статья в формате PDF 112 KB...

22 05 2026 4:42:13

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ГЛЮКОЗЫ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЕ В НОРМЕ И ПРИ ГИПОГЛИКЕМИИ

Статья в формате PDF 133 KB...

21 05 2026 3:56:27

МОЛОДЁЖНЫЙ ЭКСТРЕМИЗМ

Статья в формате PDF 251 KB...

20 05 2026 8:23:28

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ СИТУАЦИЯ ГЕЛЕНДЖИКСКОЙ БУХТЫ

Статья в формате PDF 103 KB...

19 05 2026 8:53:50

ВОЗНИКНОВЕНИЕ КОНЦЕПЦИИ РАЗВИТИЯ СИСТЕМЫ МЕНЕДЖМЕНТА КАЧЕСТВА ПРЕДПРИЯТИЙ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ

В статье рассмотрен кластерный подход к структурированию экономики и обоснованию стратегий региональной экономической политики повышения качества кластера процессов жизнеобеспечения. ...