ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
2
2
1. Постановка задачи и история проблемы.
Процессы генерации, движения и гибели подвижных (“свободных”)
зарядов лежат в основе многих физико-химических явлений. Природа носителей
зарядов, степень их подвижности и область перемещения различаются в
различных случаях. «Легким» носителям зарядов (электронам и дыркам), а также
ионам водорода отводится важная роль в элементарных процессах
преобразования энергии и вещества в живой
клетке. Так, в первичных процессах
фотосинтеза и действия ионизирующей радиации, в некоторых процессах
ферментативного катализа и преобразования энергии в клеточных органелах,
несомненно, участвуют делокализованные заряды.
Однако теоретические соображения о физических механизмах процессов
переноса зарядов по биологическому материалу в значительной степени
умозрительны. Экспериментальное же изучение этих объектов общеизвестными
кондуктометрическими методами осложнено
чрезвычайной неоднородностью
биоматериала и сложностью обеспечения «омического» контакта электродов с
образцом. Даже при использовании максимально однородного материала
(например, пленки «чистого» белка или пигмента) невозможно обеспечить
целостность проводящей структуры из-за межмолекулярных разрывов и
приэлектродных зазоров. Инжекция зарядов, обусловленная неомичностью
контактов, также сильно изменяет параметры образца.
Подобные сложности возникают и
в других отраслях экспериментальной
физики и химии при определении электрофизических параметров
полупроводников, полимеров, композитов, существующих в виде порошков,
плёнок, волокон, жидких и молекулярных кристаллов и в других случаях, когда
создание надёжных омических контактов измерительных электродов с образцом
затруднено.
Нарушение целостности проводящей структуры приэлектродными зазорами и
внутренними разрывами пути движения зарядов
можно представить себе как
включение последовательно с сопротивлением, характеризующим истинные
свойства материала, дополнительной ёмкости с очень маленькой «утёчкой»,
которая часто и определяет результирующее сопротивления образца в целом,
сильно его завышая. Эту неприятность можно обойти, проводя измерения
образца не на постоянном, а на переменном токе. Действительно, поскольку
емкостное сопротивление уменьшается с ростом
частоты, то на достаточно
высокой частоте мешающее сопротивление приэлектродных зазоров и
внутренних разрывов можно «закоротить». При этом измеряемый ток будет
лимитироваться только сопротивлением самого материала. На возможность
использования такого метода для физики полупроводников одним из первых
обратил внимание А.Ф. Иоффе (Иоффе,1957 [1]). Практическое использование
его началось уже в 50-е годы
прошлого века [(Fricke, 1953 [2]; Фервей, 1954 [3];
Миллер, 1954[4], Гашка, 1959 [5]; Ерофеичев, 1959 [6]; Гейхман, 1959[7]).
Теоретическими основами кондуктометрии переменного тока можно считать
2
1. Постановка задачи и история проблемы.
Процессы генерации, движения и гибели подвижных (“свободных”)
зарядов лежат в основе многих физико-химических явлений. Природа носителей
зарядов, степень их подвижности и область перемещения различаются в
различных случаях. «Легким» носителям зарядов (электронам и дыркам), а также
ионам водорода отводится важная роль в элементарных процессах
преобразования энергии и вещества в живой клетке. Так, в первичных процессах
фотосинтеза и действия ионизирующей радиации, в некоторых процессах
ферментативного катализа и преобразования энергии в клеточных органелах,
несомненно, участвуют делокализованные заряды.
Однако теоретические соображения о физических механизмах процессов
переноса зарядов по биологическому материалу в значительной степени
умозрительны. Экспериментальное же изучение этих объектов общеизвестными
кондуктометрическими методами осложнено чрезвычайной неоднородностью
биоматериала и сложностью обеспечения «омического» контакта электродов с
образцом. Даже при использовании максимально однородного материала
(например, пленки «чистого» белка или пигмента) невозможно обеспечить
целостность проводящей структуры из-за межмолекулярных разрывов и
приэлектродных зазоров. Инжекция зарядов, обусловленная неомичностью
контактов, также сильно изменяет параметры образца.
Подобные сложности возникают и в других отраслях экспериментальной
физики и химии при определении электрофизических параметров
полупроводников, полимеров, композитов, существующих в виде порошков,
плёнок, волокон, жидких и молекулярных кристаллов и в других случаях, когда
создание надёжных омических контактов измерительных электродов с образцом
затруднено.
Нарушение целостности проводящей структуры приэлектродными зазорами и
внутренними разрывами пути движения зарядов можно представить себе как
включение последовательно с сопротивлением, характеризующим истинные
свойства материала, дополнительной ёмкости с очень маленькой «утёчкой»,
которая часто и определяет результирующее сопротивления образца в целом,
сильно его завышая. Эту неприятность можно обойти, проводя измерения
образца не на постоянном, а на переменном токе. Действительно, поскольку
емкостное сопротивление уменьшается с ростом частоты, то на достаточно
высокой частоте мешающее сопротивление приэлектродных зазоров и
внутренних разрывов можно «закоротить». При этом измеряемый ток будет
лимитироваться только сопротивлением самого материала. На возможность
использования такого метода для физики полупроводников одним из первых
обратил внимание А.Ф. Иоффе (Иоффе,1957 [1]). Практическое использование
его началось уже в 50-е годы прошлого века [(Fricke, 1953 [2]; Фервей, 1954 [3];
Миллер, 1954[4], Гашка, 1959 [5]; Ерофеичев, 1959 [6]; Гейхман, 1959[7]).
Теоретическими основами кондуктометрии переменного тока можно считать
2
