- •1. Твердые электролиты
- •1.1. Проводимость ионных кристаллов
- •1.1.1. Твердые электролиты с собственной разупорядоченностью.
- •1.1.2. Твердые электролиты с примесной разупорядоченностью.
- •1.1.3.Твёрдые электролиты со структурной разупорядоченностью
- •1.1.4. Явления переноса в твёрдых электролитах.
- •1.2. Измерение ионной проводимости твёрдых электролитов
- •1.3. Задание на работу.
- •1.4. Вопросы для контроля.
- •Литература
- •2. Поляризация диэлектриков в переменном электрическом поле
- •2.1. Основные модели поляризации диэлектриков
- •2.1.1 Быстро протекающие процессы поляризации
- •2.1.2 Релаксационная поляризация
- •2.2. Описание установки
- •2..3. Порядок выполнения работы
- •2.4. Вопросы для контроля
- •Литература
- •3. Определение концентрации парамагнитных центров в кристаллах методом эпр - спектроскопии
- •3.1.Физические основы метода эпр
- •3.1.1. Элементарный магнитный резонанс.
- •3.1.2. Измерение интенсивности линии поглощения.
- •3.2. Устройство и порядок работы на эпр – спектрометре.
- •3.3. Задание к работе
- •3.4. Вопросы для контроля
- •Литература
1.2. Измерение ионной проводимости твёрдых электролитов
В основе метода лежит представление электрохимической ячейки с двумя одинаковыми электродами Ме/электролит/Ме в виде эквивалентной цепи переменного тока, содержащей электродный импеданс Z и объемное сопротивление электролита Rэ.
В свою очередь электродный импеданс удобно представить как последовательное соединение ёмкости Сs и активного сопротивления Rs, что аналитически выражается уравнением
Z = Rs + (iCs)-1, (1.20)
где i= , – круговая частота переменного тока.
Так как Rs и Rэ включены последовательно, то любые измерения при фиксированной частоте могут дать лишь активную составляющую полного импеданса ячейки, равную сумме
Rизм = Rs + Rэ. (1.21)
Сопротивление Rs в общем случае зависит от частоты, величины поверхности контакта электрод-электролит, состояния этой поверхности и т.п. Поэтому (1.21) можно переписать в виде
Rизм=ρ +2 , (1.22)
где ρ – удельное сопротивление электролита; θ – эффективное сопротивление единицы видимой поверхности контакта электрод-электролит; , s - толщина электролита и его поперечное сечения соответственно.
Величина θ практически всегда уменьшается с ростом частоты. Поэтому при достаточно больших частотах переменного тока вторым членом уравнения можно пренебречь и считать, что:
Rизм = ρ = Rэ (1.23)
Признаком применимости соотношения (1.23) является независимость измеренного сопротивления от частоты. Однако случаи с частотно независимыми областями встречаются не для всех соединений. При наличии хорошо воспроизводимых контактов металл-электролит можно вести измерения, постепенно уменьшая толщину электролита (или используя несколько образцов разной толщины). При этом:
SRизм = 2θ + ρ , (1.24)
т.е. график SRизм от должен иметь вид прямой с наклоном, равным ρ. Другой более распространённый путь – проведение измерений в широком диапазоне частот и экстраполяция результатов на бесконечную частоту. Решение этой задачи осложняется тем, что θ не является линейной функцией частоты.
На практике, однако, даже при выполнении этого требования не всегда удается достичь желаемой точности. В этом случае действительная величина объемного сопротивления может быть определена лишь путём анализа импеданса с использованием графоаналитического метода.
Формулу (1.19) можно представить в виде:
σk = exp(-U/kT), (1.25)
где σ0 - константа. Умножим обе части уравнения на Т и прологарифмируем
ln T=ln - , (1.26)
По углу наклона прямой к оси абсцисс tgα = можно определить энергию активации.
Для определения температуры перехода AgI в суперионное состояние, определения энергии активации проводимости до и после суперионного перехода необходимо получить зависимость проводимости от температуры.
Установка для измерения ионной проводимости состоит из ячейки с образцом, нагревателя, блока питания нагревателя, измерительного прибора (мост переменного тока или импедансметра).
Образец представляет собой таблетку AgI (d=8 мм, h=2 мм), спрессованную вместе с электродами из мелкодисперсного серебра под давлением 108 Па.