Новости
09.05.2023
с Днём Победы!
07.03.2023
Поздравляем с Международным женским днем!
23.02.2023
Поздравляем с Днем защитника Отечества!
Оплата онлайн
При оплате онлайн будет
удержана комиссия 3,5-5,5%








Способ оплаты:

С банковской карты (3,5%)
Сбербанк онлайн (3,5%)
Со счета в Яндекс.Деньгах (5,5%)
Наличными через терминал (3,5%)

ВЛИЯНИЕ ЧАСТОТЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НА ТЕМПЕРАТУРНУЮ ЗАВИСИМОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛИХЛОРОПРЕНА

Авторы:
Город:
Москва
ВУЗ:
Дата:
24 февраля 2018г.

Для решения  ряда  фундаментальных  и  прикладных  задач  физики,  а  также конструирования новых механизмов и приборов все шире используются органические материалы, которые находят применение в таких сферах, как физика полупроводников и микроэлектроника. В этих областях ведутся    интенсивные    исследования,    направленные     на     расширения     круга полупроводниковых материалов с новыми свойствами, в частности, на развитие такого направления, как молекулярная электроника. Одной из разновидностей полупроводниковых материалов являются органические (молекулярные) полупроводники, представляющие собой широкий класс веществ, относящихся по типу связи к молекулярным соединениям и обладающие заметной электропроводностью. К ним относятся молекулярные кристаллы, органические красители, молекулярные комплексы с переносом заряда, биологические вещества (хлорофилл, бетта-каротин), ион-радикальные соли, а также полимеры. Специальные методы синтеза или последующей модификации позволяют варьировать проводимость полимеров в широком диапазоне от величин, характерных для диэлектриков (ниже 10-10 См/см), до значений металлической проводимости (свыше 1См/см). Такие возможности стимулируют широкое использование полимеров в электронике не только в качестве изоляторов, но и для формирования функциональных элементов, таких как резисторы, светодиоды, транзисторы, солнечные элементы, аккумуляторные батареи, мини-дисплеи и т.п. В настоящее время уже доказано и теоретически, и экспериментально, что при определенных условиях сопряженные полимеры (т.е. полимеры с чередующимися двойными, тройными и одинарными углеродными связями) могут обладать проводимостью, близкой к металлической. В результате исследований электропроводящих свойств полимеров созданы модели, в которых проводимость связана не

с движением внедренных между макромолекулами ионов и электронов, а с перемещением неких заряженных квазичастиц (солитонов и поляронов), образованных зарядами, наведенными легирующей примесью и сопряжением связей в полимерной цепи и способных свободно перемещаться вдоль этой цепи. От традиционных носителей зарядов в полупроводниках ( электронов и дырок ) эти частицы отличаются отсутствием спина (у солитона и биполярона) и более низкой скоростью перемещения. Объемная проводимость таких материалов ограничена необходимостью прыжков заряженных частиц с одной цепи на другую (интерсолитонные прыжки), однако при близком взаимном расположении вытянутых цепей их объемная проводимость может достигать проводимости меди при 300 К. Определенный класс полимеров обладает полупроводниковыми свойствами, что даёт возможность инжектировать в них носители зарядов из электродов. На использовании этого принципа уже создан полностью полимерный полевой транзистор. Однако, вследствие низкой подвижности носителей (  от 0.01 до  0.5 см2/В·с)  он имеет ограниченный диапазон рабочих частот  (до 100 кГц). Разрабатываются полностью  полимерные интегральные схемы, которые могут заменить в некоторых случаях (в кодовых электронных замках) кремниевые микросхемы. К наиболее важным достижениям в этой области можно отнести создание полимерных светодиодов (LED).

Практическое использование полимерных материалов требует изучения физики ряда процессов, в частности электропроводности. Большинство попыток интерпретировать и обобщить закономерности проводимости, исходя только из молекулярной структуры, столкнулось с неразрешимыми проблемами. До сих пор слабо изучены фундаментальные аспекты электрических свойств органических материалов, в частности, механизмы генерации и транспорта носителей заряда, особенности проводимости в цепи переменного тока и механизмы такой проводимости, а также природа влияния примесных (дефектных) центров на данные процессы.

В настоящей работе исследованы температурные зависимости электри-ческого сопротивления и электропроводности тонких плёнок полярного эластомера (полихлоропрена) при разных частотах электрического поля. Плёнки полихлоропрена для исследований наносили на медный электрод диаметром 50 мм из раствора в четырёххлористом углероде. После контро-лируемого удаления растворителя систему из электродов с находящейся между ними полимерной плёнкой (толщиной от 30 до 55 мкм) помещали в термостат с воздушным обогревом, в котором происходило изменение температуры по заданной программе. К электродам подсоединялись контакты измерителя иммитанса Е7-20 [1]. Температура на электродах определялась с помощью термопары хромель-копель, имеющей линейную зависимость термо-ЭДС от температуры в исследуемом температурном интервале.

На рис. 1 показаны полученные температурные зависимости сопротивления плёнок полихлоропрена при разных частотах прилагаемых электрических полей. Видно, что с изменением температуры происходит изменение сопротивления. В наибольшей степени разброс величин сопротивления при увеличении температуры имеет место для частоты 1000 Гц. При этой частоте величина сопротивления плёнки полихлоропрена является максимальной по отношению к более высоким частотам (2000,3000 и 5000Гц). Наименьшее сопротивление , а значит и наибольшую проводимость плёнки полихлоропрена проявляют при частоте 2000 Гц. В этих условиях разброс значений сопротивления не наблюдается. С ростом температуры сопротивление полихлоропрена устойчиво падает. Этот факт указывает на резонансный перенос зарядов между молекулярными цепями в результате скачкового механизма, который реализуется при индуцировании поляронов внешним электрическим полем частотой 2000 Гц. Дальнейшее повышение частоты внешнего поля приводит к увеличению разброса величин сопротивления и к общему увеличению такого сопротивления.




Используя тот факт, что электрическое сопротивление обратно-пропорционально электрической проводимости, можно заключить, что наибольшей проводимостью исследуемая система обладает при частоте переменного тока, равном 2000 Гц. Можно также предположить, что частоты наибольшей проводимости должны быть кратными этой частоте.

Механизм проводимости полярного полимера состоит из нескольких элементарных актов, включающих индуцирование поляронов  [2], их трансляцию (транспорт) в  полимерной плёнке, находящейся  между электродами [3] и взаимодействие поляронов в процессе скачкообразного переброса зарядов с фононами полимерных цепей. Результат влияния температуры (различные энергии активации элементарных процессов) на каждый из этих актов проводимости проявляется в общей зависимости сопротивления от температуры. Исходя из полученных результатов, можно заключить, что частота прилагаемого к плёнке полярного полимера напряжения в значительной степени оказывает влияние на проводимость, изменяя её в определенном температурном диапазоне ( 40-90оС ) на порядок величины.

Список литературы

 

1.Измеритель иммитанса Е7-20. Руководство по эксплуатации. УШЯИ.411218.012 РЭ. 28 с.

2. Bohli N., Gmati F., Mohamed A. B., Vigneras V., Mianc J.-L. Conductivity mechanism of polyaniline organic films: the effects of solvent type and casting temperature. J. Phys. D: Appl. Phys, 42, 2009, 205101 pp. 1-7.

3. Chougule M.A., Pawar S.G., Godse P.R., Mulik R.N., Sen S., Patil V.B. Synthesis and characterization of polypyrrole (PPy) Thin films. Soft nanoscience letters, 1, 2011, pp. 6-10.