Оглавление

Введение …………………………………………………………………………...4

1. Теоретический раздел 5

    1.1  ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СПЕКТРА 5

         1.1.1Толковый словарь по физике диэлектриков 5

          1.1.2 Диэлектрическая релаксация 6

         1.1.3Преобразование Лапласа 6

         1.1.4 Уравнение Дебая 7

    1.2 МЕТОДЫ АНАЛИЗА СПЕКТРОВ 8

    1.3      ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СПЕКТРЫ ПОЛИМЕРНЫХ  ИОН-РАДИКАЛЬНЫХ СОЛЕЙ ТЕТРАЦИАНОХИНОДИМЕТАНА 8

         1.3.1 Познавательная ситуация в спектроскопии семиэлектриков 8

          1.3.2 Общая характеристика исследованных полимерных      ИРС   ТЦХМ 10

         1.3.3 Пример анализа диэлектрического спектра 12

2. Расчетно-графический раздел 14

Приложение 1 24

Приложение 2 25

Приложение 3 26

Приложение 4 27

Приложение 5 28

Заключение 29

Список литературы 30 
 

     Введение

     Цель  работы: Анализ диэлектрических спектров образца II полимерной ИРС ТЦХМ при температуре 52°С 

     Изучение  релаксационной поляризации полимерных полупроводников полиаценхинонов  в ИрГТУ совместно с ИрИХ СО РАН привело к открытию семиэлектриков (от semiconductor – полупроводник и dielectric). Это новый класс полимеров, обладающих особыми свойствами диэлектриков вследствие нового электронного явления – локальной проводимости макромолекул. Параметры этой проводимости, определяемые из диэлектрических спектров, можно изменять в зависимости от химического состава и условий синтеза полимеров. Таким путем можно управлять их электрофизическими свойствами с целью получения материалов молекулярной электроники.

     Молекулярная  электроника представляет собой  направление в микроэлектронике с целью изучения возможности  расширения ее элементной базы. В настоящее  время актуально создание физической основы этого направления, которую  по аналогии с электроникой твердого тела можно назвать электроникой макромолекул. Для этого необходима разработка методов исследования структуры  и процессов переноса заряда в  полимерных полупроводниках.

     В связи с поиском подходов к  решению проблемы представляет интерес  диэлектрическая спектроскопия  полимерных полупроводников, открывающая  принципиальную возможность изучения процессов внутримолекулярного  переноса заряда путем исследования поляризации проводящих макромолекул. 
 
 

     Теоретический раздел

     ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКАЯ  ТЕОРИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СПЕКТРА

     Толковый  словарь по физике диэлектриков

     Диэлектрик

     – вещество, основным электрическим свойством  которого является способность поляризоваться в электрическом поле.

     ГОСТ 19880-74

     Диэлектрическая проницаемость

     – отношение величины электрической  индукции к напряженности электрического поля:

.       

     Диэлектрические потери

– электрическая  мощность, затрачиваемая в диэлектрике, находящемся в переменном электрическом  поле.

     Межслойная  поляризация 

     – релаксационная поляризация, обусловленная  накоплением свободных зарядов  на макроскопических неоднородностях  в диэлектрике.

     Поляризованность 

     – векторная величина, характеризующая  степень электрической поляризации  вещества, равная пределу отношения  электрического момента некоторого объема вещества к этому объему, когда последний стремится к  нулю.

     ГОСТ 19880-74

      Примечание. Эта величина имеет  смысл электрического момента единицы  объема.

     Угол  диэлектрических потерь

     – угол, тангенс которого равен отношению  активной мощности к абсолютному  значению реактивной (емкостной) мощности.

     СТ  МЭК 50(151)-78

     Электрическая индукция

     – величина, определяемая векторной суммой

      

     и предназначенная для расчета  напряженности E электрического поля по заданному распределению заряда с использованием теоремы Гаусса.

     Диэлектрическая релаксация

     Диэлектрическая релаксация представляет собой постепенное  изменение поляризованности диэлектрика  при достаточно быстром («мгновенном») изменении приложенного электрического поля. Оказывается, что функция от времени, описывающая такое изменение, содержит столько же информации о  диэлектрике, что и частотный  спектр комплексной диэлектрической  проницаемости. Будем рассматривать  переход от временного спектра к  частотному как задачу феноменологической теории диэлектриков с целью объяснения частотного спектра на основе более простого явления релаксации.

     Преобразование  Лапласа

     Преобразование  Лапласа представляет переход от функции f(t) действительной переменной к функции  комплексной переменной , где w – круговая частота:

.     

     Функция называется оператором, а преобразование вида– двусторонним. В операционном исчислении используется одностороннее преобразование Лапласа

    

     в предположении, что функция  . Чтобы удовлетворить этому требованию при произвольной функции f, ее умножают на единичную функцию Хевисайда :

      

     График  этой функции показан на рис. 1-1.

       
 
 
 
 
 

       

Рис. 1-1. Функция Хевисайда 

     При этом преобразование Лапласа принимает  вид:

.    

     Обычно  единичную функцию опускают, учитывая ее неявно. 
 

     Уравнение Дебая

     .

     Уравнения Дебая выражаются формулами:

,   

,     

     где e¢ - диэлектрическая проницаемость, e¢¢ - коэффициент потерь, e¢s и e¢¥ -

соответственно  низкочастотный и высокочастотный  пределы e¢ в области дисперсии, De¢ - инкремент e¢ и t - время релаксации.

     МЕТОДЫ АНАЛИЗА СПЕКТРОВ

Метод круговых диаграмм и его применение

Метод дисперсионных графиков

Метод вспомогательного максимума

Метод пересекающихся круговых диаграмм

     ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СПЕКТРЫ  ПОЛИМЕРНЫХ                                  ИОН-РАДИКАЛЬНЫХ СОЛЕЙ ТЕТРАЦИАНОХИНОДИМЕТАНА

     Познавательная  ситуация в спектроскопии  семиэлектриков

     В процессе применения метода диэлектрической  спектроскопии в общем случае должны решаться следующие задачи:

     1. Изучение поведения обнаруженной  области дисперсии комплексной  диэлектрической проницаемости  с целью выяснения механизма  поляризации и определения структурной  модели исследуемого объекта,  учитывающей лишь те элементы  его действительной структуры,  которые существенны для этого  механизма,

     2. Разработка модели поляризации  и получение с ее помощью  информации о значениях параметров  структурной модели из диэлектрического  спектра.

     Задачи  второго типа (от модели к явлению) решаются довольно успешно, но применимы  к объекту лишь при условии, что  выбранная структурная модель действительно  ему соответствует.

     Задачи  первого типа (от явления к модели), которые можно назвать обратными, должны доказывать правильность этого  выбора, но представляют методологическую проблему. Поэтому в диэлектрической  спектроскопии объекты анализа  на основании их «паспортных» данных нередко считаются модельными для  определенного вида релаксационной поляризации, так что ее механизм предполагается заранее известным. В соответствии с таким подходом полимерные полупроводники на основании  теоретических представлений моделировали системой проводящих молекулярных цепей, при изоляции которых ожидали  релаксационную поляризацию нового вида – электронную.

     В результате проведенных исследований полиаценхиноны отнесены к трехмерным семиэлектрикам, отличающимся отсутствием  проводящих молекулярных цепей и  наличием трехмерных проводящих молекулярных доменов – надмолекул, иначе супрамолекул. Такая структура предполагается и у полимерных ион-радикальных  солей тетрацианохинодиметана на основании  аналогии диэлектрических спектров.

     Экспериментальных доказательств существования проводящих молекулярных цепей еще не получено. Теоретические исследования различных  аспектов проблемы электропроводности и сверхпроводимости молекулярных цепей с сопряженными связями  продолжаются уже более 60 лет.

     На  основании представления о молекуле как о линейном металлическом проводнике авторы, рассматривая движение электронов проводимости в молекулярной цепи с сопряженными связями, пришли к выводу о существовании не зависящего от температуры верхнего предела электропроводности одномерной цепочки атомов углерода.