Электрофизические методы исследования. Кондуктометрия неоднородных материалов. Трухан Э.М - 18 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

МФТИ | Москва

Составители: 

Рубрика: 

18
18
характере частотной зависимости ε
//
(ω), ε′(ω), u(ω) и величине частоты
дисперсии остаются справедливыми для практически интересных случаев. Тот
факт, что при ω>>ω
0
ε*(ω) и σ (ω) в нашей теории и в теории М-В совпадают,
дает возможность при количественном определении σ
2
исследуемого материала
по результатам измерений σ
∞
использовать эмпирические формулы для смесей,
полученные в рамках приближения М-В большим числом исследователей
(Нетушил, 1959 [36], Духин, 1972 [25]).
Значение величины ω
0
имеет большое значение. Приведем оценки частот
дисперсии для характерных случаев.
• Однородный образец плохо контактирует с плоским электродом. Пусть
d
2
= 10
-3
м., ε
2
=3ε
0
, n=10
20
м
-3
, u
+
<<u
-
= 10
-1
м
2
В
-1
сек.
-1
зазор – воздушный: ε
1
=ε
0
,
d
1
= 10
-6
м. При этом h = 5 >>1, и f
0
= 10 мгц.
• Кристаллическая пленка органического полупроводника в “сэндвичевой”
конструкции с напыленными электродами. Здесь возможен приэлектродный
зазор d
1
≈ 100 А
0
и предположительно с n
+
= n
-
= 10
22
м
-3
, u
+
= u
-
= 10
-4
м
2
В
-1
с
-1
,
ε
2
= 3 ε
0
. Тогда h=33, f
0
=2·10
8
гц. (по М-В: f
0
=10
8
гц).
• Порошок полупроводника, например, окиси цинка с размером зерна около
10
-6
м. Здесь h=6 и f
0
= 2·10
9
гц. (по М-В: f
0
= 10
9
гц).
• Порошковый препарат белка с размерами кристаллов d
2
≈10
3
А
0
и
предположительно с n = 10
20
м
-3
, u
+
= 0, u
-
=10
-4
м
2
В
-1
с
-1
, ε
2
= 3 ε
0
. При этом
h = 0,5 и, f
0
= 8·10
8
гц. (по М-B f
0
=8·10
6
гц.)
• Суспензия фрагментов фотосинтетического аппарата, например, реакционных
центров в воде. Здесь концентрация свободных зарядов может
предположительно составлять 10
24
м
-3
(1 заряд на один реакционный центр
d
2
≈10
2
А
0
), ε
2
=3 ε
0
, ε
1
= 30 ε
0
. Тогда h=5 и f
0
=10
11
гц (по М-В f
0
=5·10
9
гц).
Таким образом теоретическое рассмотрение приводит к выводу, что
определение электрофизических параметров большинства мелкодисперсных
объектов, возможно при использовании диапазона сверхвысоких частот порядка
10
9
÷10
10
гц (λ=3÷30 см).
3. Технические основы метода
Для практической реализации бесконтактного метода измерения особенно
удобен 3-см диапазон, хорошо освоенный в техническом отношении. В основе
практического метода измерения эквивалентных параметров материала лежит
метод возмущения резонаторной СВЧ системы, вносимого образом. Этот метод
отличается высокой чувствительностью при малой массе исследуемого
материала, что существенно для целого ряда задач в биофизике, молекулярной
физике, физике полупроводников. Расчётные соотношения для определения
эквивалентных параметров материалов по отклику измерительной системы на 
                                                                                 18


характере частотной зависимости ε//(ω), ε′(ω), u(ω) и величине частоты
дисперсии остаются справедливыми для практически интересных случаев. Тот
факт, что при ω>>ω0 ε*(ω) и σ (ω) в нашей теории и в теории М-В совпадают,
дает возможность при количественном определении σ2 исследуемого материала
по результатам измерений σ∞ использовать эмпирические формулы для смесей,
полученные в рамках приближения М-В большим числом исследователей
(Нетушил, 1959 [36], Духин, 1972 [25]).
  Значение величины ω0 имеет большое значение. Приведем оценки частот
дисперсии для характерных случаев.

• Однородный образец плохо контактирует с плоским электродом. Пусть
  d2= 10-3 м., ε2=3ε0, n=1020 м-3, u+<>1, и f0= 10 мгц.

• Кристаллическая пленка органического полупроводника в “сэндвичевой”
  конструкции с напыленными электродами. Здесь возможен приэлектродный
  зазор d1≈ 100 А0 и предположительно с n+= n-= 1022 м-3, u+ = u-= 10-4 м2В-1с-1,
  ε2= 3 ε0. Тогда h=33, f0=2·108 гц. (по М-В: f0=108 гц).

• Порошок полупроводника, например, окиси цинка с размером зерна около
  10-6 м. Здесь h=6 и f0 = 2·109 гц. (по М-В: f0 = 109 гц).

• Порошковый препарат белка с размерами кристаллов d2≈103 А0 и
  предположительно с n = 1020 м-3, u+= 0, u-=10-4м2В-1с-1, ε2 = 3 ε0. При этом
  h = 0,5 и, f0 = 8·108 гц. (по М-B f0=8·106 гц.)

• Суспензия фрагментов фотосинтетического аппарата, например, реакционных
  центров в воде. Здесь концентрация свободных зарядов может
  предположительно составлять 1024 м-3 (1 заряд на один реакционный центр
  d2≈102 А0), ε2 =3 ε0, ε1= 30 ε0. Тогда h=5 и f0=1011 гц (по М-В f0=5·109 гц).

     Таким образом теоретическое рассмотрение приводит к выводу, что
определение электрофизических параметров большинства мелкодисперсных
объектов, возможно при использовании диапазона сверхвысоких частот порядка
109÷1010 гц (λ=3÷30 см).

                          3. Технические основы метода

  Для практической реализации бесконтактного метода измерения особенно
удобен 3-см диапазон, хорошо освоенный в техническом отношении. В основе
практического метода измерения эквивалентных параметров материала лежит
метод возмущения резонаторной СВЧ системы, вносимого образом. Этот метод
отличается высокой чувствительностью при малой массе исследуемого
материала, что существенно для целого ряда задач в биофизике, молекулярной
физике, физике полупроводников. Расчётные соотношения для определения
эквивалентных параметров материалов по отклику измерительной системы на

                                                                                 18

Страницы