к библиотеке  к оглавлению  FAQ по эфирной физике  ТОЭЭ  ТЭЦ  ТПОИ  ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике
А  Б  В  Г  Д  Е  Ж  З  И  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Э  Ю  Я  

Ионные суперпроводники (твёрдые электролиты)
Ионные суперпроводники (твёрдые электролиты) - вещества, обладающие в твёрдом состоянии высокой ионной проводимостью s, сравнимой с проводимостью жидких электролитов и расплавов солей (10-1-10-3 Ом-1 см-1). И. с. можно разделить на 2 типа. 1) Ионные кристаллы ,способные находиться в зависимости от температуры в двух состояниях, из к-рых низкотемпературное характеризуется малой проводимостью (диэлектрик или полупроводник), а высокотемпературное - аномально высокой ионной проводимостью (суперионное состояние). Суперионное состояние обнаружено, напр., у Ag2S, Agl, AgBr, CuBr, Cu2S, CuCl, RbAg4I5, в к-рых мигрирует металлич. катион (рис. 1). 

Соединения с большой концентрацией примесных ионов: окисные твёрдые растворы типа МO2-М''О и МО2-М'2O3, где М-Zr, Hf, Ge; М'-Са, Sr, Ba; М''-S, Y, лантаноиды (носители заряда ионы кислорода О-); глинозёмы, напр. Na2O.11A12O3 (b-глинозём, мигрирует Na по плоскостям, лежащим между блоками А12O3) и др. И. с. иногда наз. также стёкла и ионнообменные смолы, обладающие заметной ионной проводимостью благодаря наличию электроактивных добавок. Определяющим свойством кристаллич. И. с. является полная или частичная разупорядоченность подрешётки атомов одного сорта в упорядоченной структуре остальных атомов. Наглядным образом И. с. является жесткокристаллич. каркас (матрица), пропитанный "ионной жидкостью". Для И. с. характерна рыхлость структуры с большим числом свободных позиций для подвижных 

Рис. 2. Структура Agl в суперионной фазе (при Т>147 °С). В элементарной ячейке 2 иона проводимости Ag+ статистически распределены по 42 разрешённым позициям 3 типов. 

ионов. Разрешённые позиции в совокупности образуют одно-, двух- или трёхмерную сетку проводящих каналов (рис. 2). Подвижные ионы могут занимать несколько положений в элементарной ячейке и легко мигрировать между ними и, следовательно, по всей кристаллич. решётке матрицы. Движение ионов проводимости в кристалле является сложным и сочетает в себе колебания ионов в потенциальных ямах и диффузионные перескоки из одного положения равновесия в другое. При этом время осцилляции в потенциальной я.ме и время пролёта над барьером имеют одинаковый порядок. Кроме того, возбуждения системы подвижных ионов сильно связаны с колебаниями матрицы. Фазовый переход из одного состояния в другое сопровождается скачкообразным разупорядочением одной из подрешёток. Др. подрешётка (матрица) может претерпевать при этом структурные изменения, сохраняя, однако, жёсткость. У нек-рых И. с. не найдена диэлектрич. фаза (теоретически допустимо существование И. с., у к-рых одна из подрешёток разупорядочена вплоть до Т=0К). Одновременно с переходом в суперионное состояние наблюдаются аномалии в температурных зависимостях термодинамич. и кинетич. характеристик. Механизмы переноса заряда И. с. многообразны. Проводимость может быть собственной или примесной, чисто ионной, вакансионной или смешанной. Чаще всего она осуществляется ионами малого радиуса элементов первой группы периодич. системы (Н + , Li + , Na+, Ag+ и др.), а также катионами с большим зарядом (Са2+, Nd2+), анионами (Fe2-, O2-), кластерными ионами (NH+4, ОН-). Катионные проводники более распространены и важны ввиду больших значений о при темп-pax T~300 К. Ионная проводимость И. с. может обладать анизотропией. Для нек-рых И. с. показатель анизотропии достигает 103-104. Электронная проводимость у них обычно гораздо меньше ионной, хотя у нек-рых И. с. (напр., Ag2S) она имеет сопоставимое значение. 

Рис. 3. Зависимость ионной проводимости s ионных суперпроводников и обычных ионных кристаллов (диэлектриков) от температуры Т. 

С высокой ионной проводимостью И. с. связаны большие значения коэф. диффузии D подвижных ионов (D~10-5 см2/с) в сравнении с D~10-8см2/с для обычных твёрдых тел вблизи температуры плавления. Проводимость и диффузия И. с. имеют термоактивационный характер: Здесь Es~ ED~0,1 эВ - энергия активации, на порядок величины меньшая энергии образования дефектов в обычных ионных кристаллах. На рис. 3 приведены зависимости s(T) для И. с. в сравнении s(Т) диэлектриков; видно резкое различие в величинах s и Es (наклон кривых). Ионная проводимость определяет электрич. свойства И. с. до частот порядка 1012 Гц. В области оптич. частот И. с. ведут себя как полупроводники или диэлектрики. И. с. используются при создании источников тока (батарей, аккумуляторов, топливных элементов), конденсаторов (ионистеров) с большой уд. ёмкостью, в выпрямляющих устройствах, реле времени, при конструировании разнообразных датчиков и т. д.

Литература по 

1. Укше В. А., Букин Н. Г.. Твёрдые электролиты, М., 1977; Чеботин В. Н., Перфильев М. В., Электрохимия твёрдых электролитов, М., 1978; Физика суперионных проводников, пер. с англ., Рига, 1982. А, А. Волков, Ю. Я. Гуревич. 

к библиотеке  к оглавлению  FAQ по эфирной физике  ТОЭЭ  ТЭЦ  ТПОИ  ТИ