Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Физика диэлектриков : термоактивационная и диэлектрическая спектроскопия кристаллических материалов. Протонный транспорт

Покупка
Артикул: 751045.01.99
Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину
Учебное пособие содержит теоретические и экспериментальные исследования материалов, начиная с модельных кристаллов льда, гидросульфатов кальция и меди, до практически применяемых кристаллов онотского талька, слюды мусковита и флогопита, являющихся сырьём для изготовления электроизоляционных материалов. Подробно исследованы кристаллы иодата лития, применяемые в лазерных технологиях, туннельный эффект и механизм протонного транспорта и диэлектрической релаксации в условиях высоких и низких температур, в агрессивной среде и при воздействии ультразвуковых вибраций в высокочастотном электрическом поле. Разработана математическая модель и описаны новые методы диагностики и исследования кристаллических материалов. Предназначено для подготовки магистров, аспирантов и дипломированных специалистов вузов по специальностям «Материаловедение и технология материалов», «Техническая физика», «Электроника и наноэлектроника», а также для инженеров по эксплуатации энергетических установок, электрооборудования и средств автоматики. Содержит материал, который заинтересует инженеров-физиков и эксплуатационников.
Тимохин, В. М. Физика диэлектриков : термоактивационная и диэлектрическая спектроскопия кристаллических материалов. Протонный транспорт : учебное пособие / В. М. Тимохин. - Москва : Изд. Дом МИСиС, 2013. - 258 с. - ISBN 978-5-87623-677-7. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1222912 (дата обращения: 29.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Кафедра материаловедения полупроводников и диэлектриков
В.М. Тимохин 
 
Физика диэлектриков
Термоактивационная и диэлектрическая  
спектроскопия кристаллических материалов. 
Протонный транспорт 
Учебное пособие 
Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета 
Москва  2013 
№ 2265 
УДК 621.315;621.317;537.226 
 
Т41 
Р е ц е н з е н т  
д-р физ.-мат. наук В.Г. Костишин 
Тимохин, В.М. 
Т41  
Физика диэлектриков : термоактивационная и диэлектрическая 
спектроскопия кристаллических материалов. Протонный 
транспорт : учеб. пособие / В.М. Тимохин. – М. : Изд. Дом 
МИСиС, 2013. – 258 с. 
ISBN 978-5-87623-677-7 
Учебное пособие содержит теоретические и экспериментальные исследования 
материалов, начиная с модельных кристаллов льда, гидросульфатов 
кальция и меди, до практически применяемых кристаллов онотского талька, 
слюды мусковита и флогопита, являющихся сырьём для изготовления электроизоляционных 
материалов. Подробно исследованы кристаллы иодата лития, 
применяемые в лазерных технологиях; туннельный эффект и механизм 
протонного транспорта и диэлектрической релаксации в условиях высоких и 
низких температур, в агрессивной среде и при воздействии ультразвуковых 
вибраций в высокочастотном электрическом поле. Разработана математическая 
модель и описаны новые методы диагностики и исследования кристаллических 
материалов.  
Предназначено для подготовки магистров, аспирантов и дипломированных 
специалистов вузов по специальностям «Материаловедение и технология 
материалов», «Техническая физика», «Электроника и наноэлектроника», 
а также для инженеров по эксплуатации энергетических установок, электрооборудования 
и средств автоматики. Содержит материал, который заинтересует 
инженеров-физиков и эксплуатационников.  
УДК 621.315;621.317;537.226 
ISBN 978-5-87623-677-7 
© В.М. Тимохин, 2013 
ОГЛАВЛЕНИЕ 
Предисловие..............................................................................................6 
Введение....................................................................................................8 
Список обозначений и сокращений......................................................16 
Глава 1. Анализ исследований протонного транспорта  
в материалах с водородными связями..................................................17 
1.1. Лёд как идеальная модель кристаллов  с водородными 
связями. Диэлектрическая релаксация во льду................................17 
1.2. Дефекты кристаллической структуры льда ..............................20 
1.3. Диэлектрическая релаксация и проводимость 
кристаллогидратов и силикатов ........................................................29 
1.4. Диэлектрическая релаксация и проводимость ионных 
кристаллов иодата лития....................................................................41 
1.5. Структурные особенности и динамика протонов  
в кристаллах ........................................................................................46 
Глава 2. Теоретические основы и методика эксперимента ................51 
2.1. Диэлектрические потери  и диэлектрическая  
проницаемость ....................................................................................51 
2.2. Термостимулированные токи поляризации   
и деполяризации .................................................................................59 
2.3. Методика расчета параметров дефектов  по кривым ТСТД....61 
Определение концентрации заряда...............................................61 
2.4. Определение типа релаксационного процесса..........................65 
2.5. Расчёт энергии активации при наложении релаксационных 
процессов.............................................................................................67 
2.6. Методы и средства измерений параметров  
кристаллических и электроизоляционных материалов...................68 
2.6.1. Многофункциональное устройство  для исследования 
физико-технических характеристик полупроводников, 
диэлектриков  и электроизоляционных материалов ...................70 
2.6.2. Электрическая схема и ошибки измерений........................76 
Глава 3. Протонно-ионный механизм диэлектрической  
релаксации и проводимости в кристаллогидратах и силикатах.........82 
3.1. Диэлектрическая релаксация и проводимость  
в кристаллах льда................................................................................82 
3.2. Влияние условий поляризации на спектры ТСТД  
кристаллов...........................................................................................85 
3.2.1. Спектры ТСТД онотского талька........................................89 
3.2.2. Спектры ТСТД гидросульфата кальция .............................93 
3.2.3. Спектры ТСТД гидросульфата меди ..................................96 
3.2.4. Спектры ТСТД кристаллов слюды  
(мусковита и флогопита)................................................................97 
3.3. Диэлектрические потери и комплексная диэлектрическая 
проницаемость ..................................................................................101 
3.4. Типы и параметры релаксаторов в кристаллогидратах  
и силикатах........................................................................................112 
3.5. Электропроводность и механизм диэлектрической  
релаксации. Транспорт протонов и туннельный эффект..............117 
3.5.1. Электропроводность и механизм диэлектрической 
релаксации.....................................................................................117 
3.5.2. Транспорт и туннелирование протонов............................120 
Глава 4. Протонно-ионный механизм диэлектрической  
релаксации и проводимости в кристаллах α-LiIO3............................136 
4.1. Температурно-частотные зависимости  tgδ и ε*  
кристаллов α-LiIO3 ...........................................................................139 
4.2. Электрическая проводимость, термостимулированные  
токи деполяризации и термостимулированная люминесценция 
в кристаллах α-LiIО3. Влияние анизотропии .................................144 
4.3. Механизм трансляционной диффузии протонов в 
монокристаллах α-LiIO3...................................................................151 
4.4. Инфракрасные спектры.............................................................159 
4.5. ЯМР-спектры протонов в широкозонных кристаллах...........170 
Глава 5. Математическая модель материалов со слоистой 
кристаллографической структурой.....................................................175 
5.1. Дифференциальные уравнения установления процесса 
поляризации ......................................................................................175 
5.2. Уравнение для расчёта плотности  ТСТД кристаллов  
со слоистой кристаллографической структурой ...........................181 
5.3. Нелинейная теория спектров термостимулированных  
токов в сложных кристаллах с водородными связями..................186 
5.3.1. Нелинейная модель протонной релаксации.....................187 
5.3.2. Кинетика термодеполяризации при блокирующих 
электродах .....................................................................................189 
5.4. Сравнение теоретических и экспериментальных спектров 
ТСТД..................................................................................................192 
Глава 6. Пробой и Упрочнение кристаллических материалов.........199 
6.1. Вклад транспорта протонов в электрический пробой 
кристаллических материалов ..........................................................199 
6.2. Вклад транспорта протонов в электрическое упрочнение 
кристаллических материалов ..........................................................204 
Глава 7. Новые технологии и методы диагностики материалов   
с протонной проводимостью ...............................................................206 
7.1. Диагностика типа и концентрации дефектов в 
кристаллических материалах...........................................................206 
7.2. Физические основы технологии получения  и диагностики 
протонных проводников  и полупроводников n- и p-типов .........208 
7.3. Действие ультразвука на параметры кристаллических 
материалов в переменном электрическом поле.............................210 
Неразрушающая диагностика качества и готовности 
кристаллических материалов с протонной проводимостью.....215 
7.4. Термостимулированные токи деполяризации в 
электроизоляционных материалов на основе плёнок  
из полипропилена .............................................................................222 
Технология получения и диагностики полимеров 
с низкой температурой стеклования...........................................228 
7.5. Неразрушающий метод диагностики упрочнения 
электроизоляционных и кристаллических материалов   
с протонной проводимостью ...........................................................230 
7.6. Метод экологического мониторинга материалов  
с протонной проводимостью по определению щелочных  
и кислотных примесей .....................................................................237 
7.7. Диагностика температуры появления туннельного  
эффекта в кристаллических материалах с протонной 
проводимостью .................................................................................241 
7.8. Диагностика количества молекул кристаллизационной  
воды в кристаллогидратах ...............................................................246 
Заключение............................................................................................251 
Библиографический список.................................................................257 
 
ПРЕДИСЛОВИЕ 
В основе книги лежат результаты экспериментальных и теоретиче-
ских исследований, проведенных при непосредственном участии или 
под руководством автора. Приведен список литературы, где можно най-
ти более подробную информацию по рассмотренным вопросам. 
В первой главе рассмотрено состояние проблемы в настоящее 
время, проведён анализ существующих данных по методам исследо-
вания, диагностики и структуре кристаллических и электроизоляци-
онных материалов. Обзор начинается с характеристики льда, как 
простейшего материала с водородными связями. Рассматриваются 
виды дефектов, имеющие место во льду, известные спектры термо-
стимулированных токов деполяризации (ТСТД) и диэлектрических 
потерь в этом материале. Приводятся проблемы, которые не были 
решены. Затем рассматриваются материалы с возрастающей сложно-
стью кристаллической решётки: сульфаты кальция CaSO4·2H2O и 
меди CuSO4·5H2O, онотский тальк Mg3[Si4O10][OH]2, слюда мусковит 
KAl2[AlSi3O10][OH]2, а также слюда флогопит KMg3[AlSi3O10][F,OH]2. 
Показаны известные результаты по исследованию протонной релак-
сации и диффузии протонов в этих материалах. Рассмотрены типы их 
кристаллических решёток и известные спектры ТСТД, в объяснении 
которых показаны существенные недоработки как в теории, так и в 
эксперименте. Далее приведены структурные особенности и поведе-
ние кристаллов гексагональной модификации иодата лития, широко 
применяемые в лазерных технологиях. В отличие от простейших 
кристаллов NaCl, LiI, KCl и других кристаллы иодата лития оказа-
лись слабо изученными. 
Во второй главе описываются основы теории электропроводно-
сти, диэлектрических потерь и термостимулированных токов поля-
ризации и деполяризации в кристаллических материалах. Даются 
основные характерные зависимости параметров диэлектрических 
материалов от частоты и температуры и методы их расчета; описание 
экспериментальной установки для измерения термостимулирован-
ных токов (ТСТ), удельной электрической проводимости, диэлектри-
ческих потерь, электрической емкости и диэлектрической проницае-
мости. Приводится расчет ошибок измерения всех параметров. 
В третьей главе описываются экспериментальные данные по из-
мерению ТСТ, ТСТД и удельной электрической проводимости как в 
модельных кристаллогидратах, так и в силикатах. Рассмотрен меха-
низм диэлектрической релаксации и электропроводности исследо-
ванных материалов. Показано влияние агрессивных сред и низких 
температур на спектры ТСТД. Оценивается вероятность туннелиро-
вания протонов на основе квантовой теории. 
В четвёртой главе представлены экспериментальные спектры 
ТСТД, tgδ(ν, Т) и ε′(ν, Т) гексагональных кристаллов иодата лития. 
Сравниваются спектры ТСТД и термостимулированной люминес-
ценции (ТСЛ), рассматривается механизм диэлектрической релакса-
ции и транспорта протонов. Для подтверждения выводов, сделанных 
на основе электрических измерений, изучены инфракрасные спектры 
поглощения. 
В пятой главе рассматривается математическая модель материа-
лов со слоистой кристаллографической структурой. Приводится сис-
тема дифференциальных уравнений, описывающих установление 
процесса релаксации как без учёта туннельных переходов, так и с 
учётом последних. Даются их решения и уравнения для расчета 
плотности термостимулированных токов для обоих случаев. Прово-
дится сравнение с экспериментальными данными. 
В шестой главе исследован и рассмотрен механизм влияния 
трансляционной диффузии протонов на пробой и электрическое уп-
рочнение кристаллических и электроизоляционных материалов.  
В седьмой главе приведены описания новых технологий и мето-
дов диагностики кристаллических, электроизоляционных и полимер-
ных материалов, большинство из которых защищены патентами. 
ВВЕДЕНИЕ 
Данная работа является результатом многолетних исследований 
автора, которые могут быть использованы при подготовке специали-
стов высокого уровня в области нанотехнологий и физики кристал-
лических и диэлектрических материалов. Уделено много внимания 
физической интерпретации результатов проведённых экспериментов. 
При этом особенно подчёркивается практическая значимость и при-
кладное значение этих исследований. 
Актуальность и практическая значимость исследования связана 
с необходимостью более точного выяснения механизма диэлектриче-
ской релаксации и электропроводности, динамики процессов в твёр-
дых телах для определения состояния кристаллических и электро-
технических материалов в процессе их изготовления и технической 
эксплуатации. Количество материалов как кристаллических, так 
и аморфных, в которых протонный транспорт играет основную роль, 
постоянно увеличивается. Скорость протекания процессов транспор-
та определяется подвижностью дефектов и их концентрацией. 
В большинстве водородсодержащих кристаллов атомы водорода за-
нимают определённые кристаллографические позиции в структуре 
и образуют упорядоченную сетку водородных связей. Одномерные, 
двумерные или трехмерные сетки водородных связей объединяют 
структурные единицы соответственно в цепочки, слои или трехмер-
ные структуры. 
Большинство известных протонных проводников можно условно 
разделить на три группы: высокотемпературные (Т > 573 К), средне-
температурные Т = 573…373 К и низкотемпературные Т = 373…77 К 
и ниже. Класс высокотемпературных протонных проводников пред-
ставлен сложными оксидными соединениями со структурой перовски-
та АВО3 (например, LaScO3). Традиционными объектами исследова-
ния высокотемпературного протонного транспорта являются цераты и 
цирконаты щелочноземельных металлов, в которых вакансии кисло-
рода задаются введением акцепторных примесей. Первая и вторая 
группы включают электролиты солей и исследованы довольно под-
робно. В частности, протонная проводимость в суперпротонных фазах 
почти не отличается от проводимости расплавов этих солей и при 
температуре Т = 460 К находится в пределах 10−1…101 Ом−1· м–1. По-
скольку число незанятых кристаллографических кислородных вакан-
сий может быть довольно большим, то концентрация протонных но-
сителей тока может быть достаточно высока. В конце 1990-х годов 
была показана возможность протонного транспорта в структурах 
криолита Sr6Nb2O11 и браунмиллерита Ва2In2O5, и к настоящему вре-
мени круг таких объектов остаётся весьма немногочисленным. 
Третья группа кристаллов в связи со сложностью эксперимента 
при низких температурах исследована ещё менее подробно. Методы 
легирования кристаллов в процессе их выращивания являются одним 
из перспективных методов синтеза кристаллов с заданными свойст-
вами, но до сих пор не создано единой теории, позволяющей прогно-
зировать возможность получения таких материалов и их поведение в 
экстремальных условиях. В связи с этим актуальным является ком-
плексное изучение электрических и оптических свойств этих мате-
риалов, исследование механизма диэлектрической релаксации и про-
водимости, особенностей протонного транспорта, туннельного эф-
фекта, представляющих значительный интерес как для фундамен-
тальных исследований протонного транспорта, так и для обеспечения 
теоретического обоснования и разработки новых технологий, нано-
технологий, методов диагностики и исследования материалов и соз-
дания основ промышленной технологии получения кристаллических 
и электротехнических материалов и изделий с заданными свойства-
ми, работающих под действием различных внешних воздействий. 
Параметры транспорта в таких материалах определяются особен-
ностями кристаллической решётки материала, которые существенно 
зависят от внешних условий: температуры, влажности, давления, 
ультразвуковых вибраций и т.д. Отсутствие систематических иссле-
дований влияния указанных факторов на протонную проводимость 
ряда соединений обусловливает целый ряд принципиальных вопро-
сов, связанных с механизмом протонного транспорта, состоянием 
протонов в кристаллах и поликристаллических образцах. 
С другой стороны, область возможного практического примене-
ния твёрдых протонных проводников чрезвычайно широка и привле-
кательна по экономическим, экологическим и технологическим при-
чинам. На основе протонных проводников уже созданы высокоэф-
фективные топливные элементы, коэффициент полезного действия 
которых приближается к 100 %, электролизёры водяного пара, элек-
трохимические сенсоры, электрохимические реакторы, электрохром-
ные устройства. Очевидно, что самым безопасным и легко управляе-
мым способом транспорта водорода является протонный перенос в 
твердотельных протонных проводниках. Проблемы разработки науч-
ных основ и технологии получения таких проводников являются в 
настоящее время сдерживающими факторами технического исполь-
зования водородного топлива и сенсорных материалов.  
Большой интерес представляет исследование третьей группы низ-
котемпературных протонных проводников – соединений, обладаю-
щих высокой протонной проводимостью при температурах, близких 
к комнатной и ниже. Изучение протонной проводимости твёрдых тел 
при низких температурах помимо прикладных вопросов тесно связа-
но с актуальными проблемами органической химии, биофизики и 
биологии. Низкотемпературные протонные проводники, как правило, 
обладают ионообменными свойствами. 
Электроизоляционные материалы на основе кристаллов с водо-
родными связями, а именно, слюды мусковит и флогопит, онотский 
тальк, стеатитовая керамика, полимерные материалы получили ши-
рокое практическое применение в качестве изоляции подводных ка-
белей, на атомных станциях, в судовых генераторах. Кристаллы ио-
дата лития широко применяются в лазерных технологиях, оптоволо-
конных линиях связи и кабельном телевидении. Это и послужило 
толчком для более тщательного исследования этих материалов для 
предсказания поведения кристаллических и изоляционных материа-
лов в экстремальных условиях – при низких и высоких температурах, 
звуковых и ультразвуковых вибрациях, в агрессивных средах, в вы-
сокочастотных электрических и электромагнитных полях. Такие ус-
ловия часто создаются при эксплуатации таких судов, как танкеры, 
химовозы, сухогрузы, а также на береговых промышленных и хими-
ческих предприятиях.  
Целью данной работы является введение обучающихся в практиче-
ский курс физики полупроводников и диэлектриков, изучение ком-
плексного метода диэлектрической спектроскопии кристаллических и 
изоляционных материалов, а также экспериментальное и теоретическое 
исследование протонного транспорта в материалах со сложной кри-
сталлической структурой, итогом которого предполагается разработка 
единого механизма диэлектрической релаксации и электрической про-
водимости. Важно и практическое применение физических методов ис-
следования для контроля качества электрической изоляции и оптиче-
ских кристаллов при изготовлении и в процессе эксплуатации. Это в 
конечном итоге обеспечит увеличение безопасности жизнедеятельности 
оборудования и обслуживающего персонала, а также снизит вероят-
ность возникновения чрезвычайных ситуаций и аварий в промышленно-
транспортных комплексах, что предусмотрено Основными направле-
ниями экономического развития РФ до 2020 г. 
В настоящее время качество изоляции определяется в основном по 
проводимости при помощи мегаомметров. Поэтому совершенствова-
ние этих методов, создание новых видов неразрушающих диагностик 
и технологий является важнейшей задачей учёных и инженеров. В свя-
зи с тем, что кристаллическая структура этих материалов довольно 
сложная, сначала проводились исследования модельных или эталон-
ных более простых кристаллов льда, гидросульфатов кальция и меди, 
которые подтвердили точность и широкие возможности новой экспе-
риментальной установки. Лёд исследован достаточно подробно в ра-
ботах группы М.П. Тонконогова (Караганда), группы А.В. Заретско-
го, В.Е. Петренко (институт ФТТ, г. Черноголовка) и у ряда зарубеж-
ных авторов. Однако теоретические предположения о росте тока в сла-
болегированных кристаллах льда не были подтверждены эксперимен-
тально. Кроме того, спектр диэлектрических потерь получен в узком 
диапазоне температур 273…190 К. И только после отработки методи-
ки эксперимента была исследована вторая группа кристаллических и 
электроизоляционных материалов со сложной кристаллической струк-
турой: онотский тальк Mg3[Si4O10][OH]2, кристаллические слоистые ма-
териалы слюда мусковит KAl2[AlSi3O10][OH]2 и слюда флогопит 
KMg3[AlSi3O10][F,OH]2, а также ионные кристаллы гексагональной мо-
дификации α-LiIO3 и полипропилен в диапазоне температур 77…373 К. 
Иодат лития исследовался группой С.В. Богданова, К.И. Авдиенко, 
Б.И. Кидярова и др., А.А. Абрамовича, а также группой Ю.М. По-
плавко и рядом зарубежных авторов, но исследовались в основном 
диэлектрические потери, которые являются малоинформативными. 
Группа М.С. Мецика, Л.А. Щербаченко и др. исследовала мусковит, 
но в спектре ТСТД обнаружили только четыре максимума. Причём 
ни один максимум не был связан с протонсодержащими дефектами, 
а объяснялся раскристаллизацией пленок. Нет объяснения наличия 
отрицательных токов, тем более что измерения проводились только 
до 190 К, т.е. выводы авторов о природе максимумов ТСТД в слюдах 
требуют серьезной доработки.  
До настоящего времени не разработано единого подхода и ком-
плексной методики исследований и не изучен механизм релаксации 
и диффузии протонов в материалах с водородной связью, не являю-
щихся супепротониками. В ИНХ им. А.В. Николаева СО РАН иссле-
дован транспорт протонов по сетке водородных связей через кри-
сталлы цеолитов вдоль слоёв воды, однако исследованные кристаллы 
и электроизоляционные материалы практически невозможно исполь-
зовать вдоль плоскостей спайности из-за их хрупкости. Проблема 
комплексного исследования слоистых кристаллических и электро-
изоляционных материалов до сих пор окончательно не решена. 
Все исследованные материалы имеют одну общую характеристи-
ку – их кристаллические решётки в той или иной степени содержат 
водородные связи. Однако это не мешает создавать на их основе 
электроизоляционные материалы, например, миканит коллекторный 
КФП-1 – на основе флогопита, микафолий – на основе пластин мус-
ковита, склеенных лаком, стеатитовый материал СПК-2 – на основе 
отожженного онотского талька, используемого для изготовления вы-
соковольтной изоляции СНЦ и СК-1, которые используются для из-
готовления высокочастотных конденсаторов в радарах, передатчиках 
и др. Используют также тальконаполненные материалы из полипро-
пилена. Миканиты, микафолии используются для изоляции коллек-
торов электрических машин, пазовой и витковой изоляции, статор-
ных и роторных обмоток, поэтому возникла проблема исследования 
старения изоляции, разработки методов диагностики ее качества и 
сроков эксплуатации, их обоснованной замены. 
В настоящее время развивается технология проводки судов при 
помощи лазерных створов, совершенствуются оптоволоконные ли-
нии связи, что послужило причиной для исследования лазерных кри-
сталлов, таких как кристаллы гексагональной модификации иодата 
лития, в ряде случаев обладающих лучшими характеристиками, чем 
применяемые кристаллы ниобата лития, и значительно дешевле по-
следних. При работе лазера кристаллы подвергаются воздействию 
мощного электромагнитного излучения, в результате чего в них об-
разуются радиационные и ионные дефекты, что влияет на интенсив-
ность излучения. В связи с этим необходима диагностика дефектов в 
материалах, работающих в условиях электромагнитного излучения и 
радиации, для обоснованной их замены. При использовании изоля-
ционных материалов, в частности полимеров, при низких температу-
рах они кристаллизуются и становятся хрупкими. В связи с этим не-
обходимы новые технологии получения полимеров с низкой темпе-
ратурой стеклования.  
В настоящее время диагностика и проверка качества материалов 
проводится либо очень долго (до 20 сут), либо с применением элек-
трических напряжений, ведущих к возможному пробою или создаю-
щих условия для последующего пробоя материала. Некоторые 
ГОСТы, например ГОСТ 12175–90, устарели и, на наш взгляд, тре-
буют пересмотра или замены.  
При разработке новых материалов необходимы более точные, де-
шёвые, экологически безопасные и простые в исполнении методы ди-
агностики для быстрого анализа полученных материалов, что нельзя 
сказать о таких методах как рентгено-структурный или химический 
анализы. Разработанные в процессе работы над темой новые методы 
диагностики и исследования, как правило, в десятки раз дешевле, а в 
ряде случаев и быстрее существующих, что в целом при широком их 
применении даст серьёзный вклад в экономию проектно-сметных рас-
ходов при разработке новых материалов и средств, необходимых на их 
диагностику в процессе эксплуатации. В последние 20 лет резко воз-
рос интерес к протонным проводникам и полупроводникам, но в ос-
новном на основе полимеров, керамики, нанопористых кристаллов, 
например, алюмосиликатов группы цеолитов с ультратонкими кана-
лами диаметром 0,6 нм, бета-глинозём и др. В связи с этим актуальной 
остаётся проблема исследования диффузии протонов в других кри-
сталлических и электроизоляционных материалах. 
Глубокого комплексного исследования перечисленных материа-
лов с использованием всех имеющихся физических методов до сих 
пор практически не проводилось. Так в одной из работ в журнале 
Nature Materials за 2008 г. делается вывод, что активное управление 
протонной проводимостью, очень похожее на транспорт ионов внут-
ри клеточных мембран, до сих пор ждёт своей реализации, т.е. не 
запатентовано. А чтобы такой транспорт был эффективен, диаметры 
каналов не должны превышать 10 нм при достаточно высокой ион-
ной силе раствора. Однако большинство материалов таких каналов 
не имеют. Поэтому здесь, видимо, логично говорить не о протонной 
проводимости, а о диффузии протонов вдоль плоской сетки водород-
ных связей. 
В большинстве материалов присутствуют молекулы воды в той 
или иной концентрации. Однако влияние как самих молекул, так и их 
производных (ионов H3O+, OH–, комплексов: вакансии с L- или D- 
дефектами) на релаксационные процессы, транспорт протонов и 
электрическую проводимость рассматриваются в основном в элек-
тролитах. 
В настоящее время в связи с развитием нанотехнологий в ряде 
случаев требуется проводить диагностику состояния материалов на 
наноуровне. Однако все исследования и аппаратура на ремонтных и 
других предприятиях дают в основном макропараметры, не дающие 
информации о состоянии кристаллической решётки, наличии и видах 
дефектов, их концентрации и подвижности. Нет диагностик, позво-
Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину