ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ ВЕЩЕСТВ.

    Алюминий имеет низкий предел ползучести: при 20 С - 5 кгс/мм², а при 200 С - 0.7 кгс/мм². Для сравнения: у меди эти показатели равны 7 и 5 кгс/мм² соответственно.        

   Низкая температура плавления и  температура начала рекристаллизации (для технического алюминия примерно 150 С), низкий предел ползучести ограничивают температурный диапазон эксплуатации алюминия со стороны высоких температур.       

  Пластичность алюминия не ухудшается при низких температурах, вплоть до гелиевых. При понижении температуры от +20 С до - 269 С, предел прочности возрастает в 4 раза у технического алюминия и в 7 раз у высокочистого. Предел упругости при этом возрастает в 1.5 раза.      

 Морозостойкость алюминия позволяет использовать его в криогенных устройствах и конструкциях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА IV. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

 

 

 

 

             ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ЭЛЕКТРОЛИТОВ – это способность электролитов проводить электрич. ток при приложении электрич. напряжения. Носителями тока являются положительно и отрицательно заряженные ионы - катионы и анионы, к-рые существуют в р-ре вследствие электролитич. диссоциации. Ионная Э. э., в отличие от электронной, характерной для металлов, сопровождается переносом в-ва к электродам с образованием вблизи них новых хим. соед. (см. Электролиз). Общая (суммарная) проводимость состоит из проводимости катионов и анионов, к-рые под действием внешнего электрич. поля движутся в противоположных направлениях. Доля общего кол-ва электричества, переносимого отд. ионами, наз. числами переноса, суммак-рых для всех видов ионов, участвующих в переносе, равна единице.  
Количественно Э. э. характеризуют эквивалентной электропроводностью   - проводящей способностью всех ионов, образующихся в 1 грамм-эквиваленте электролита. Величина  связана с уд. электропроводностью   соотношением:

где с - концентрация р-ра в г-экв/л. Эквивалентная электропроводность зависит от природы растворенного в-ва и р-рителя, структуры р-ра, а также от концентрации, т-ры, давления. Предельно разбавленному р-ру, в к-ром все молекулы диссоциированы на ионы, соответствует предельное значение 

          В соответствии с Кольрауша законом   равна сумме эквивалентных электропроводностей катионов и анионов. Эквивалентная электропроводность отд. иона пропорциональна скорости его движения в р-ре и характеризует подвижность иона в р-ре.  
          Описание концентрац. зависимости  как и других св-в р-ров электролитов (см. Растворы электролитов), обычно базируется на ионном подходе, в рамках к-рого р-ритель рассматривается как бесструктурная диэлектрич. среда, в к-рой ионы движутся в соответствии с законами гидродинамики и характером межионного взаимодействия. Простейшей моделью является модель заряженных твердых сфер, движущихся в вязком р-рителе под влиянием силы, обусловленной градиентом потенциала. При этом сила сопротивления движению иона в р-ре определяется ур-нием Стокса (см. Вискозиметрия). В рамках применимости этого ур-ния выполняется правило Вальдена-Писаржевского, в соответствии с к-рым для одного и того же электролита в любых р-рителях произведение предельного значения эквивалентной электропроводности   на вязкость р-рителя   является постоянной величиной, к-рая не зависит от природы р-рителя, но является ф-цией т-ры. Сравнительно хорошо это правило выполняется только для слабо сольватир. ионов, в частности ионов, имеющих большие размеры в кристаллич. фазе. С увеличением концентрации значение   уменьшается в осн. в р-рах слабых электролитов и в области малых концентраций удовлетворительно описывается законом разведения Оствальда (см. Электролитическая диссоциация).  
         В р-рах сильных электролитов концентрац. зависимость   определяется межионным взаимодействием. В области применимости Дебая-Хюккеля теории имеются две причины для торможения ионов вследствие межионного взаимодействия. Первая из них связана с тем, что движение иона тормозится ионной атмосферой, к-рая имеет заряд, противоположный центральному иону, и под влиянием поля движется в направлении, противоположном перемещению иона (электрофоретич. эффект). Вторая причина связана с тем, что при движении иона под действием электрич. поля его ионная атмосфера деформируется и теряет сферич. симметрию, причем большая часть заряда ионной атмосферы концентрируется позади центрального иона (релаксац. эффект). Учет обоих эффектов приводит кур-нию Онсагера:

где Аи В - эмпирич. постоянные, являющиеся ф-циями т-ры, вязкости и диэлектрич. проницаемости р-рителя. 

          Как и теория Дебая-Хюккеля, ур-ние Онсагера ограничено областью умеренно разбавленных р-ров. Для описания концентрир. р-ров возникает необходимость в учете некулоновской части межионного взаимод., в частности в учете ионных размеров. Для этой цели применяют методы кинетич. теории ионных систем. К дополнит. уменьшению   приводит образование ионных ассоциатов - пар, тройников и т. п., к-рое, как и эффект неполной диссоциации, сокращает общее число своб. ионов в р-ре. Для учета этого эффекта в ур-нии Онсагера заменяют общую концентрацию ионов концентрацией своб. ионов   ( - степень электролитич. диссоциации), что приводит к ур-нию Фуосса-Онсагера:

           В переменных электрич. полях при достаточно высокой частоте ион не уходит далеко от центра ионной атмосферы, вследствие чего она не деформируется. Обусловленный деформацией релаксац. эффект не возникает, что приводит к увеличению   -т. наз. эффект Дебая-Фалькенхагена. Величина   возрастает также в постоянных электрич. полях достаточно высокой напряженности (10⁴-10⁵ В/см). В этих условиях ионы движутся настолько быстро, что ионная атмосфера не успевает образоваться, вследствие чего практически отсутствуют и релаксац. и электрофоретич. эффекты. В результате   стремится к предельному значению   (т. наз. эффект Вина). В слабых электролитах эффект Вина вызывается также смещением диссоциативного равновесия в сильном электрич. поле в сторону образования ионов. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Механизм - электрическая  проводимость

 

 

 

         Механизм электрической проводимости у большого числа пирополимеров изучен недостаточно; у этих веществ не удается наблюдать эффект Холла, поскольку подвижность носителей очень мала. 

           Механизм электрической проводимости полупроводников определяется их структурой (химическим строением макромолекулы и надмолекулярной структурой, определяющей уровень взаимодействия между молекулами) Так, для полупроводников с сопряженными связями вдоль макромолекулы наиболее характерен механизм перескоков, согласно которому ток переносится путем активационных перескоков из одной полнсонря-жснной области в другую над диэлектрическим барьером, создаваемым неупорядоченными ( не имеющими сопряженных связей) участками Переход электрона внутри полисопряженной области осуществляется практически безактивационно. С ростом температуры повышается подвижность носителей и электрическая проводимость увеличивается. Ом 1 см 1), следует думать, что механизм электрической проводимости в растворах электролитов по мере укрепления концентрации не меняется. 

         Измерение удельного электросопротивления позволяет получить большую информацию об электронной структуре, механизме электрической проводимости и об изменениях в атомной структуре сплавов в аморфном состоянии.

          Близкие значения W и 6 во всех исследованных кристаллах позволяют предполагать одинаковый с КДР механизм электрической проводимости во всем изоморфном ряду.  Чаще всего одной из контактирующих фаз является металл, другой - раствор электролита. Механизм электрической проводимости в этих фазах неодинаков. Металл - проводник первого рода, носителями электричества в нем служат электроны. Электрическая проводимость раствора электролита обеспечивается движением ионов. 

           Часть самых первых измерений l / f - шума была проведена на поликристаллических материалах [10], и с тех пор выполнено значительное число исследований этого явления в различных аморфных и поликристаллических веществах. Механизмы электрической проводимости в таких материалах включают прыжковую проводимость носителей между проводящими зернами и локальными состояниями в структуре стекла и туннелирование электронов между близлежащими соседними зернами. 

        В заключение раздела о полимерных полупроводниках следует отметить, что в настоящее время синтезированы тысячи полимерных веществ, включая КПЗ, с полупроводниковыми свойствами. Все это открывает возможности практического использования полимерных полупроводников. Однако механизм электрической проводимости, особенности строения этих веществ изучены еще недостаточно. 

         Многими исследователями предложены различные выражения, описывающие электропроводность глинистых песчаников, которые можно подразделить на две группы. К первой группе относятся такие уравнения, в которых глинистый материал в пласте рассматривается как компонент породы, характеризующийся объемным содержанием Сгл. В этих формулах не раскрывается в явном виде механизм электрической проводимости глинистых частиц. Ко второй группе относятся уравнения, в которые включают поверхностную проводимость. 

         В водных растворах числа переноса различных ионов близки друг другу. Это объясняется тем, что кроме переноса электричества путем непосредственного движения этих ионов значительно большую роль играет механизм электрической проводимости, называемый эстафетным. При этом происходит перескок протона от иона гидроксония НэО к определенным образом ориентированной соседней молекуле воды. Затем протон передается дальше, к следующим молекулам воды. Такие перескоки происходят значительно быстрее, чем простое движение иона гидроксония, что обеспечивает высокую подвижность и увеличение числа переноса иона гидроксония. 

         В водных растворах числа переноса различных ионов близки друг другу. Это объясняется тем, что кроме переноса электричества путем непосредственного движения этих ионов значительно большую роль играет механизм электрической проводимости, называемый эстафетным. При этом происходит перескок протона от иона гидроксония НзО к определенным образом ориентированной соседней молекуле воды. Затем протон передается дальше, к следующим молекулам воды. Такие перескоки происходят значительно быстрее, чем простое движение иона гидроксония, что обеспечивает высокую подвижность и увеличение числа переноса иона гидроксония. 

          Этот электрон очень слабо связан за счет уменьшения электростатического взаимодействия с ядром примесного атома под влиянием диэлектрической постоянной кристалла. При небольшом термическом возбуждении электрон легко отрывается и становится способным участвовать в электрической проводимости. Примесный атом при ионизации заряжается положительно. Такой механизм электрической проводимости не связан с появлением дырки в валентной зоне. Уровень энергии, определяющий состояние слабо связанного электрона примеси, находится вблизи дна зоны проводимости, так как последний обладает значительно большей энергией, чем электроны в валентной зоне, участвующие в образовании ковалентных связей. Примесные атомы, которые имеют лишние электроны по сравнению с основными атомами кристалла и способны легко ионизироваться в кристалле, называются донорами, а примесный энергетический уровень, образуемый ими в запрещенной зоне, называется донорным уровнем.

          В заключение раздела о полимерных полупроводниках следует отметить, что в настоящее время синтезированы тысячи полимерных веществ, включая КПЗ, с полупроводниковыми свойствами. Все это открывает возможности практического использования полимерных полупроводников. Однако механизм электрической проводимости, особенности строения этих веществ изучены еще недостаточно. 

          По-видимому, наиболее экономичным является создание алмазных пленок методами газофазного осаждения с одновременным легированием их бором. При осаждении таких пленок возникает ряд проблем. Одна из них связана с тем, что алмазная пленка - поликристаллическая, что приводит к неоднородности растущей поверхности, дополнительному рассеянию света гранями, гетерированию дефектов поверхностью микрокристаллов. Последнее, в свою очередь, может привести к изменению механизма электрической проводимости.