Свойства и разработка новых оптических стекол - Царевский Е.Н.
Скачать (прямая ссылка):
106
Стоит упомянуть, что модель дебаевского типа не является единственной, из которой могут быть выведены формулы (1)—(5). Точно такой же результат можно получить из модели двуслойного диэлектрика Максвелла (подробное математическое описание этой модели имеется в [15]). Вообще говоря, любая модель вещества, в которой предусмотрены участки с разной подвижностью переносчиков электричества, даст основания для вывода таких же формул. Действительно, каждая из таких моделей может быть описана одной и той же эквивалентной схемой. В простейшем варианте (в предположении, что сопротивление участков с меньшей проводимостью очень велико) схема эта изображена на рис. 5. Для нее справедливы формулы (1)—(5) при времени релаксации т = R (Cj + С2).
'Учение о тепловой ионной релаксации сначала развивалось почти исключительно на основе исследований кристаллических твердых тел. Затем в конце 50-х — начале 60-х годов появилось несколько важных работ [21, 25, 35, 37], резко расширивших объем наших сведений об особенностях этого явления в стеклообразных веществах. После этого наступил спад в подобного рода исследованиях. И лишь в самые последние годы в связи с общим подъемом интереса к релаксационным явлениям в стеклах число работ по тепловой ионной релаксации сильно возросло. Ниже будут рассмотрены некоторые вопросы, представляющие наибольший интерес на современном этапе изучения ионной релаксации.
О РОЛИ МАТЕРИАЛА ЭЛЕКТРОДОВ ПРИ ИССЛЕДОВАНИЯХ ТЕПЛОВОЙ ИОННОЙ РЕЛАКСАЦИИ
Исследование тепловой ионной релаксации можно выполнять разными способами: определением температурно-частотной зависимости диэлектрических потерь, температурно-частотной зависимости диэлектрической проницаемости, температурно-временной зависимости электропроводности и температурно-временной зависимости проницаемости (последние два варианта относятся к измерениям на постоянном напряжении). Каждая из перечисленных зависимостей может быть использована для получения расчетным путем трех других зависимостей, поэтому возможности выбора вариантов экспериментального исследования достаточно широки.
По ряду причин, из которых на первом месте стоит возможность использования стандартной и чрезвычайно широко распространенной аппаратуры, в большинстве случаев исследования
Рис. 5. Эквивалентная электрическая схема, описывающая релаксационный процесс с одним временем релаксации
107
выполняются в переменном поле. Обычно выполняется измерение е" или одновременное измерение г" и е' *.
Исследование диэлектрических характеристик диэлектриков — достаточно обычная и хорошо отработанная процедура. Тем не менее проблема надежного измерения характеристик тепловой ионной релаксации стекол по существу не решена до сих пор. Специфические трудности здесь связаны с близостью энергетических параметров, определяющих ток ионной релаксации и ток сквозной проводимости, т. е. ток, характеризующий истинную электропроводность стекла (ниже этот вопрос будет рассмотрен подробнее). В результате при температурах и частотах, при которых проявляется ионная релаксация, для стекол характерен относительно высокий уровень сквозной проводимости.
В случае ионного проводника, контактирующего с так называемыми поляризующими (т. е. не содержащими «запаса» переносящих ток ионов) электродами, в месте контакта проводника с электродом возникает плохопроводящий слой. Из-за малой толщины он может не оказывать заметного влияния на электропроводность при постоянном напряжении, что позволяет определять истинную электропроводность стекла (рис. 3), но в то же время этот слой, представляющий собой конденсатор большой емкости, включенный последовательно с измеряемым стеклом, может оказывать сильное влияние на результат измерений в переменном поле, причем тем более значительное, чем выше температура и чем ниже частота измерений.
Поэтому проблема выбора оптимального варианта электродов давно уже занимает исследователей. Наиболее кардинальным решением вопроса является использование амальгамных (обратимых) электродов. Однако в связи с большими экспериментальными трудностями очень мало кто из исследователей пользовался такими электродами. Как известно, при исследованиях электропроводности стекол их впервые применил Р. Л. Мюллер [16]. При выполнении диэлектрических измерений применение их оказывается еще более усложненным. Работы Дж. Изарда [25, 26] пока что являются единственными, в которых амальгамные электроды использовались при исследованиях ионной поляризации, и представляют совершенно особый интерес. На рис. 6 и 7 приведены некоторые результаты этих работ. Преимущества амальгамных электродов, щелочной металл которых соответствует переносчику электричества в изучаемом стекле, очевидны. Однако из приведенных рисунков следует, что применение серебряных электродов, получаемых обжигом пасты, также может давать неплохие результаты.
* Нередко, особенно при исследованиях технических материалов, результаты измерений поведения диэлектрика в переменном поле представляют в форме тангенса угла диэлектрических потерь: tg б = е"/е'. Однако из-за большей сложности физической природы этой величины для количественного анализа релаксационных явлений в диэлектриках она почти никогда не используется.
