Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Структура и проводимость тонких пленок жидкого диэлектрика на поверхности твердого тела

Диссертация: Структура и проводимость тонких пленок жидкого диэлектрика на поверхности твердого тела
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Известно, что в сопряженных фазах частицы вещества в приповерхностном слое находятся в особом энергетическом и структурном состоянии. При этом в приграничных областях наблюдаются резкие скачки концентрации компонентов (адсорбция), формируются области некомпенсированного электрического заряда (двойной электрический слой), происходит перенос заряда через границу раздела (электродные реакции) и т… Читать ещё >

Содержание

  • ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
    • 1. 1. Подвижность ионов в диэлектрических жидких средах
    • 1. 2. Образование и структура двойного слоя и электрокинетические явления
    • 1. 3. Полислойная адсорбция на непористой поверхности диэлектрика
    • 1. Л. Адсорбция газов и паров пористыми твердыми телами
  • ГЛАВА 2. ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТИ НА ХАРАКТЕР ДЕБАЕВСКОГО ЭКРАНИРОВАНИЯ В КАПИЛЛЯРНЫХ СИСТЕМАХ С МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ СТЕНКАМИ ВБЛИЗИ ТОЧКИ НУЛЕВОГО ЗАРЯДА
    • 2. 1. Расчет распределения потенциала точечного заряда в растворе
    • 2. 2. Релаксационная поправка к подвижности
    • 2. 3. Электрофорегическая поправка ¡-к подвижности
    • 2. 4. Сопротивление плоского капилляра при протекании тока в направлении параллельном стенкам
  • ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ НЕОДНОРОДНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАРЯДА ПОВЕРХНОСТИ НА ХАРАКТЕР ПРОТЕКАНИЯ ЖИДКОСТИ В ПЛОСКОМ КАПИЛЛЯРЕ
    • 3. 1. Система уравнений движения электролита в плоском капилляре с периодическим распределением поверхностного заряда
    • 3. 2. Расчет тока течения в капилляре со слабо заряженной поверхностью. Коэффициент преобразования по току
    • 3. 3. Случай большого поверхностного заряда
  • ЛАВА 4. ПОЛИМОЛЕКУЛЯРНАЯ АДСОРБЦИЯ НА ПЛОСКОЙ ОДНОРОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ДИЭЛЕКТРИКА С УЧЕТОМ ОБРАЗОВАНИЯ ДВОЙНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СЛОЯ
    • 4. 1. Термодинамический потенциал системы адсорбированный газ -заряда двойного слоя, используемый в предположении непрерывной среды
    • 4. 2. Расчет величины адсорбции и оценка проводимости адсорбированной пленки
    • 4. 3. Система уравнений, описывающая адсорбцию в приближении молекулярного поля
    • 4. 4. Вычисление энергии межмолекулярного и межионного взаимодействий в «решеточном растворе»
    • 4. 5. Построение изотермы адсорбции
  • ГЛАЗА 5. ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ ПРИ АДСОРБЦИИ ПАРОВ ВОДЫ ИОНООБМЕННЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
    • 5. 1. Термодинамические соотношения для равновесной системы полимерная матрица — сщнокомлонентный раствор
    • 5. 2. Критерии возникновения фазового перехода,.,.,.,
    • 5. 3. Протекание тока через ионообменную мембрану, находящуюся в равновесии с водяным паром

Структура и проводимость тонких пленок жидкого диэлектрика на поверхности твердого тела (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Настоящая диссертация посвящена исследованию влияния даль-нодействующих поверхностных сип на равновесные и кинетические свойства приповерхностных слоев границы раздела жидкость — твердое тело.

Известно, что в сопряженных фазах частицы вещества в приповерхностном слое находятся в особом энергетическом и структурном состоянии. При этом в приграничных областях наблюдаются резкие скачки концентрации компонентов (адсорбция), формируются области некомпенсированного электрического заряда (двойной электрический слой), происходит перенос заряда через границу раздела (электродные реакции) и т. д. Именно процессы, протекающие на границе раздела фаз, лежат в основе физических принципов работы широкого класса приборов молекулярной электроники. В частности, явления возникновения потенциала и тока течения в тонких капиллярах, заполненных диэлектрической жидкостью, ис-, пользуются в электрокинетических преобразователях параметров движения и волновых полей. Тогда как свойства межфазной границы полимерный ионообменник — газ положены з основу разработки чувствительных элементов молекулярно-электронных датчиков влажности воздуха и приборов по контролю за содержанием газовых компонентов в окружающей среде.

В то же время, решение задачи оптимизации параметров, таких преобразователей, компенсация температурной зависимости их выходных характеристик, ответственных за преобразование внешнего воздействия в электрический сигнал, настойчиво требуют зыхода за рамки традиционного термодинамического подхода к описанию поверхности как двумерной структуры, принятого начиная с классических работ Дж.Гиббса. С одной стороны, это обусловлено ограниченностью термодинамики, не отражающей роли микроскопических характеристик поверхности, таких как молекулярная структура и тип межчастичного взаимодействия. С другой стороны, необходимо рассматривать приповерхностную область как трехмерный объект с сильной зависимостью параметров в направлении, нормальном к границе раздела. Последнее обстоятельство особенно важно в системах с сильно развитой поверхностью, содержащих растворы электролитов: тонких капиллярах, набухающих пористых ионообменных мембранах и т. д. Здесь дальнодействующий характер сил, типичный для систем, включающих заряженные частицы, обеспечивает заметные изменения свойств среды на значительных расстояниях от геометрической границы раздела фаз, вплоть до перекрытия приповерхностных слоев с особыми свойствами. Перечисленные выше моменты и определяют актуальность выбранной темы исследований.

Основные результаты, полученные в работе можно сформулировать следующим образом;

1. Изучено влияние толщины капилляра на характер дебаевского экранирования в растворе электролита и проводимость пористой мембраны в случае «нулевого заряда» поверхности. Показано, что при приближении к поверхности подвижность возрастает и в тонкопористых системах стремится к подвижности в бесконечно разбавленном растворе, т. е. вклад дебаевского экранирования становится пренебрежимо малым. Таким образом, установлено, что при оценке проводимости в таких системах без учета влияния поверхности ошибка может достигать 10%.

2. Исследовано влияние пространственной неоднородно&tradeзаряда поверхности на электрокинетические коэффициенты в мезои макропо. ритсых капиллярных системах. Показано, что поправки к этим коэффициентам отрицательны и для реальных значений параметров системы достигают 5−10% от значений, вычисленных для! однородно заряженных ка-, лилляров.

3. Предложена модель полимолекулярной адсорбции на однородной поверхности диэлектрика, учитывающая образование двойного электрического слоя на границе адсорбированная пленка жидкости — твердый диэлектрик. В предположении непрерывной фазы (макроскопический подход) получены изотермы второго типа, имеющие асимптотику ~{к-Р/Р9)~1а при Р! РЯ-."1, согласующуюся с экспериментальными данными. Изотермы, полученные в приближении молекулярного поля (микроскопический подход) в области больших Р/Ря имеют характерный ступенчатый вид, свойственный для адсорбции на однородной поверхности, и позволяют адекватно описать экспериментальные данные для некоторых систем практически во. всем диапазоне активностей адсорбируемых молекул. Установлено, что в обоих случаях механизм адсорбции обусловлен связью активности и величины адсорбции с зародом двойного слоя, а дальнейшее уточнение модели возможно на основе более детального учета дально-действующих сил.

4. В рамках модели, учитывающей взаимное влияние изменения энергии гидратации и осмотического эффекта, построены изотермы адсорбции паров воды ионообменными материалами. Развита теория фазового перехода первого рода, позволяющая объяснить наблюдаемые скачкообразные участки на изотерме адсорбции в области средних и высоких влажностей. Установлено, что при реальных значениях параметров системы существует область критических значений алещххлпапгической энергии и константы диссоциации ионов, при которых толщина адсорбированной пленки скачком изменяется в несколько раз. Подобное аномальное поведение характерно и для проводимости ионообменных материалов.

5. На основании термодинамического подхода получены аналитические зависимости проводимости ионообменного полимера от относительной влажности воздуха, которые можно использовать для объяснения имеющихся экспериментальных д анных в диапазоне влажностей от 20 до 100%.

Автор искренне благодарен Агафонову В. М. за руководство и помощь в работе над диссертацией.

Автор особенно признателен Козлову В. А. за постоянный интерес и внимание к исследованиям.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Dehye, E. Huckel // Physik Zeitschrift 1323. 24. s.305.
  2. P.Onsager/f Physik Zeitschrift. 1927., 28. s.277.
  3. O.H., Казьмина З. П., Маркович A.B., Фридрихсберг Д. А. Элекгрокинетические свойства капиллярных систем. М.-Л.:АН СССР. 1356. 322с.
  4. Вольфкович ЮМ, Хозяинова Н. С., Елкин В. В., Березина Н. П., Шина OJ1., Мазин ВМ. И Электрическая схема ионообменных мембран с различным влагосодержанием. Электрохимия. 1988. т.24. № 3. с. 344.
  5. Л.П., Лифшиц ЕМ. Теоретическая физика, т. 10, Физическая кинетика. М.'.Наука. 1979. 528 с.
  6. П.З. ?1 Термодинамические свойства проводников. Журнал экспериментальной и теоретической физики, 1946. Т. 16. № 3. с. 193.
  7. С. // The foeory of thermoeieclric power of semicondudors. Physical Revew. 1954. 96. p.1163.8. гуржи P.H. II Гидродинамические эффекты в -твердых тепах при низких температурах. Успехи физических наук. 1968. т.94. N"4. с. 689.
  8. H.H. Проблемы динамической теории в статистической физике. М.:1.остехиздэт. 1346.119 с.
  9. К. Физика жидкого состояния. М.:!У!ир. 1978. 400 с.
  10. ЛойцянскийЛ.Г. Механика жидкости и газа. М.:Наука. 1987. 840 с.
  11. В.П., Горелкин В.Н. H Функции распределения и тершщнна. мика тонких пленок раствора электролита для случая незаряженной поверхности. Сб. «„Исследования в области поверхностных сил“. М.:Наука. 1967. с. 174.
  12. ОМ. Электрокинепгические явления. Л.: Л ГУ. 1973.198 с.
  13. М.П., Ликлема Й., Фридрихсберв Д. А. Я О потенциалах ДЭС в растворах лотодциалопределяккцих ионов. Коллоидный журнал. 1976.т.Зо. № 4. с. 71 б.
  14. А. Физическая химия поверхностей. М.:Мир. 1979. 568 с, 1 В. Дамаскин Б.5., Петрий OA. Введение в электрохимическую кинетику. ШВысшая школа. 1975, 415 е.
  15. Духин С. С, Электропроводность и электрокинетические свойства дисперсных систем. Киев: Наукова думка. 1975. 246 с.
  16. С.С., Деряаии Б. В. Электрофорез. М.:Наука. 1976. 328с.
  17. Духин С, С. Сидорова МЛ. Ярощук А. Э. Электрохимия мембран и обратный осмос. Я.:Химия. 1991.192 с.
  18. Введение в молекулярную электронику / Под ред. Лидоренко Н. С. ML: Энергоатомиэдат. 1384. 320 с.
  19. N.B., Гтшнт В. И., Горохое М. М. И Структура пористых сред и ее влияние на механизм переноса влаги. Сб. „Исследования в области поверхностных сил“.' М.:Наука. 1967. с, 387.
  20. Bishop G, Urban F., mm H. it Journal of Chemical Physics. 1931. 35. p. 137.
  21. White H., Urban F., Krsck F. it Journal of Chemical Physics. 1932. Жp., 120.
  22. Urban F., White H, !! Journal of Chemical Physics. 1932. Ж p.3157.
  23. Bikeman J. il Journal of Chemical Society Faraday Transaction FMI. 1940,. ?.36. p. 154.
  24. Ф.С., Усьяров G, Г // Влияние микрогеометрии поверхности настроение двойного ионного слоя. Коллоидный журнал. 1974. т.36. №.2. с. 258.
  25. Ф.С., Усьяров ОТ. // Влияние электрической неоднородности поверхности на распределение потенциала в двойном ионном слое.• Коллоидный журнал. 1974. т.38. Na4. с. 872.
  26. ЮМ. // Электрическая энергия адсорбции ионов на границе раздела диэлектрик-влестролит при дискретном поверхностном заряде. Журнал физической химии. 1963. т.37. № 6. с. 1429.
  27. У. // Journal of Chemical Society Faraday Transaction Р.П. 1974. 70. p.1066- 1975. 71. p. 1154.
  28. S., Emmett P., Teller E. // Journal of American Chemical Society. 1938. 60. p.309.
  29. С. Адсорбция пазов и паров. М.:Иэд.ин.лит-ры. 1948.781 с.
  30. Gupta, А // An interpretation of water sorptoin Isotherms of ion exchange resins. Indian Journal of Chemistry. 1885. 24A. p.368.
  31. Оно С., Кондо С. Молекулярная теория поверхностного натяжения. инлит-ры. 1963.292 с.
  32. В.Ш., Аотапанкова Л. В., Гладышев ПЛ. // Расчет полимолекулярной сорбции с помощью решеточной модели. Журнал физической химии. 1992. т.66. Na6. с. 1572.
  33. Ю.К. И Аппроксимационные изотермы полислойной адсорбции. Там же. 1992. т.66. № 8. с. 2162.
  34. ГЛ. // Принципиальное уточнение изотермы полимолекулярной адсорбции. Там же. 1988. т.62. Nft1 1. с. 3000.
  35. ГЛ. // Анализ гиббсовской адсорбции на основе уравнения Оно-Кондо. Там же. 1994. т.68. № 1. с. 110.
  36. ЮЖ., Петрова Т. Е. // применение аппроксимационных изотерм для описания адсорбции N2i Ar и Сбн6. Там же. 19S4. т.68. Мв8. С. 1459.
  37. Р. Фазовые переходы. М.:Мир. 1967. 31G с.
  38. U. // Оп Adsorption According to trie Lattice Gas Mode! (Ising Model). Journal of Eiectroariaiyticai Chemistry and iniesfaeiai ESeotroctienr-istry, 1987. 236. p.21
  39. Грев С., Cum К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.:Мир. 1984. 310 с.
  40. J. //Journal of American Chemical Society. 194S. 71. p. 104.
  41. Устинов ЕЛ. Ii Об уравнении полимолекулярной адсорбции Г. Л.Ара-новича. Журнал физической химии. 1894. т.68. № 5. С. 958.
  42. ВД., Мецик М.С, // Полимолекулярная адсорбция паров зоды на свежих сколах кристаллов слюды и их поверхностная апектро-проводность. Сб. 'Исследования в области поверхностных сил». М.:Наука. 1967. с. 105.
  43. Г. И., Авеуль H.H. Н Теплоты адсорбции воды на кластерах иодида серебра по калориметрическим данным, журнал физической химии. 1992. т.66. N06. с. 1587.
  44. J. П Critical Point Wetting. Journal of Chemical Physics. 1977. 66. p.3667.
  45. Son Exchange: Science and Technology. 1986.107.
  46. Gregor H., Sundheim В., Heid КWaxman М. Н Studies on Son-Exchange Resins. Water Vapor Sorption. Journal of Colloid Science. 1352. 7. p.511.
  47. Dicke! G., Hartman J. H ionic Hydration in Chemistry. and Biophysics. Amsterdam: Elsevier. 1981. 747 p.
  48. А.И. // Основные закономерности сорбции воды полимерными ионнтами. Журнал физической химии. 1882. т.68. Мг7. с:1713.
  49. В. // Sonic Hydraoon in Chemistry and Biophysics. Amsterdam: Elsevier. 1981.747 p.
  50. Ю.А., Пасечник B.A. Равновесие и кинетика ионного обмена. Л.-.Химия. 1970. 333 с.
  51. B.C. Простые монообменные равновесия. Минск: Наука и техника. 1972. 224 с.
  52. В.П., Гладких GM, Селштт В.Ф. И Теория и практика сорбционных процессов. Вып.12. Воронеж: Изд-во ВГУ. 1978. с. 22.
  53. Ho?day L. И! onic Polymers. L.-.ASP. 1975. р.1.
  54. Л.К., Матврова ЕЛ. // Физико-химические свойства растворов. Л.:Изд-во ЛГУ. 1964. с. 163.5S. Маричевская Ю. М., Куриленко ОМ- Н Синтез и свойства ионообменных материалов. Мл Наука. 1968,. с. 193.
  55. ZsigmondyA. И Zeitschrift Anorganisch Chemie. 1911.71. s.356.
  56. Ю.М., Др&йман H.A., Беляева О. Н., Блинов H.A. И Исследование перфорированных катионообменных мембран методом эталонной порометрии. Электрохимия. 1988. т.24. № 3. с. 352.
  57. Ландау Я. Д-, Лифшиц Е. М. Теоретическая физика, т.5. Статистическая физика. М: Наука. 1964. 584 с.
  58. А.И., Вешав O.A. // Влагоемкошъ и набухаемость ионитоз П. Журнал физической 1985. т.50. MstO. с. 2615.
  59. Гантман AM И Впагоемкость и набухаемость ионитов III-V. Журнал физической химии. 1986. т.60. № 2. е.456.
  60. К., Нога С., Hop? nger А. // Theoreticai mode! for $he struetures cf ionomers: appiicallon to mfmn materials, Ions In Polymers. Chemical Society of USA. 1980. P.124.
  61. L. Sundheim В., Gregor H. /7 A modei for cross-linked polyelectrotyies. Jouma! of Chemical Physics. 1956. 60. p.641.67, Вешев CA., Архангельский Л. К. // Ионный обмен и ионометрия. Вып.3. Л/Л1.У. 1982. с. 21.
  62. A.B., Архангельский Л. К. // Изопгермы сорбции воды супьфо-катионитами в области малых активностей сорбата. Журнал физической химии. 1990. т.64. № 11. с. 3139.
  63. И.В., Козлов В. А., Труфанов H.A. // Подвижность ионов электролита в тонких капиллярах с металлическими стенками вблизи точки нулевого заряда. Электрохимия. 1993. Т.29. № 10. С. 1283.
  64. В.М., Иванов И. В., Козлов В. А., Труфанов H.A. // Злектро.кинетический эффект в капиллярных системах с неоднородной плотно. стью поверхностного заряда. Там же, 1994, Т.ЗО. № 7. С. 933.
  65. А. Введение в методы возмущений. М.:Мир. 1384. 538с.
  66. В.М., Иванов И. В. // Влияние двойного слоя на процесс адсорбции на плоской однородной поверхности диэлектрика. Журнал физической химии. 1996. Т.70. № 8. С. 1490.
  67. В.М., Иванов И. В. // Полимолекулярная адсорбция на плоской однородной поверхности диэлектрика. Учет двойного алектриче. ского слоя, журнал физической химии. 1997. Т.71. МнЮ.
  68. Я.И. Кинетическая теория жидкостей. Л.:Наука. 1975. 592с.
  69. ДогонаОзе P.P., Кирьянов S.A., Корныш&в A.A. И Роль структуры полярного растворителя в статистической механике растворов сильных электролитов ДАН СССР 1973. Т.212. N4. С. 904.
  70. В.Е., Труфанов H.A. // Локальное пол©- в ограниченных диэлектриках и сегнетоэлектрический порядок вблизи поверхности кристалла. Поверхность. Физика, химия, механика. 1985. N?8. с. 5.
  71. ММ., Карпинская Н. С. Н Роль поверхностной энергии в фазовом переходе из парамагнитного состояния в ферромагнитное. ЖЭТФ 1979. т.76. № 6.с.2143.
  72. МЛ., Корнышт A.A. Электростатика сред с пространственной дисперсией диэлектрической проницаемости. М.:Наука. 1993. 240 с.
  73. S.A., Соколова С. В. Труфанов H.A. // Фазовые переходы в растворах .электролитов. Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1990. т.98. № 6. с. 2176.
  74. Петькин Н.&-., Соколова С. В., Труфаное НА. // Температурный фазовый переход в капиллярных структурах. Электрохимия. 1S93. т.28. № 10.с.1287.
  75. В.А., Соколова С. В. И Влияние концентрационных фазовых пе.реходов на временну’ю нестабильность электршинетических систем. Там же. 1995. т.31. Mal. с. 67.
  76. В.М., Иванов И. В. // Фазовый переход при сорбции паров воды на поверхности ионообменных материалов, журнал физической химии. 1996. Т.70. Na5. С. 888.
  77. A.B. И Влияние поляризационного вклада в энергию взаимодействия заряда с поверхностью металла. Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1970. т.58. Ш2. с. 573.
  78. .И., Эфрос А. Л. // Теория протекания ш проводимость сильно неоднородных сред. Успехи физических наук. 1975. Т.117. № 3. с, .401.
  79. С.Ф., Гладких СМ. // О механизме переноса ионов в перфорированных с?11ьфокш=ионитовь1Х мембранах. Доклады Академии Наук. 1882. Т.262. №Э. 0.656.1 пл
Заполнить форму текущей работой

На отлично!