Энергетика. Автоматика


Скачать 361.88 Kb.
НазваниеЭнергетика. Автоматика
страница1/6
Дата публикации21.12.2013
Размер361.88 Kb.
ТипДокументы
referatdb.ru > Физика > Документы
  1   2   3   4   5   6





Раздел 5



Энергетика. Автоматика




УДК 544.344.016




Е.К. ЖУМАДИЛОВ,
Н.А. МАЖЕНОВ,
К.Б. КОПБАЛИНА

Температурная зависимость электропроводности ферритов LaMeFe2O5,5 (Me- Ca, Sr, Ba) и её связь
с энергией активации





Интенсивные поиски сверхпроводящих материалов при высоких температурах привели к открытию сверх проводимости у керамики: лантан–барий–медь–кислород (30 К), лантан–стронций–медь–кислород (40-50 К), иттрий–барий–медь–кислород (102 К) (Нобелевская премия 1987 г.). В последние годы, особенно после создания теории сверхпроводимости, стала развиваться техническая сверхпроводимость – для получения сильных магнитных полей (защита космических летательных аппаратов от ионизирующего излучения), при создании вычислительных машин (за 10–8с выбор из 1011 единиц информации), создание электрических машин с КПД, близким к 100%, при угловой скорости 20000 мин–1 и более и т.д.

Сложные оксидные соединения – манганиты состава LnMMnO3 с перовскитоподобной структурой, содержащие ионы редкоземельных металлов, обнаруживающие колоссальное магнетосопротивление [1], отличаются также сильным изменением электрического сопротивления материалов при воздействии магнитного поля. Большой интерес вызывают сверхпроводящие купраты типа LnBa2Cu3O7 [2], а также феррокупраты LnBaCuFeO5, описанные в [3]. Это вызвано уникальным сочетанием физических и физико-химических свойств, которые могут найти широкое применение при создании материалов многофункционального назначения.

Исследуемые нами соединения по своим свойствам относятся к сегнетоэлектрикам – полупроводникам, веществам, которые могут выполнять многие функции полупроводников, а в ряде случаев их применение более эффективно (гидроакустика, электрооптика, системы голографической памяти и др.) Упомянутый выше высокотемпературный сверхпроводник (ВТСП) – иттрий – бариевый купрат по своим характеристикам аналогичен нашим образцам. Не исключено, что в этих соединениях могут быть обнаружены сверхпроводящие свойства при высоких температурах.

Соединения состава LaMeFe2O5,5 (Me- Ca, Sr, Ba) синтезированы впервые, изучены их термодинамические свойства [4, 5]. Цель данной работы – изучение температурной зависимости электропроводности указанных ферритов и установление связи электропроводности с энергией активации.

Как известно [6], электропроводность полупроводников определяется проводимостью двух видов носителей – электронов и дырок – и определяется уравнением

 = ne-- + pe++ , (1)

где n и p – концентрация электронов и дырок, e- и e+ – заряды, - и + – подвижности. Если для чистейшего полупроводника концентрации электронов и дырок одинаковы (n = p), заряды также одинаковы по абсолютной величине (|e-| = |e+|), то вклад в электропроводность определяется их подвижностями.

В зависимости от типа полупроводника (электронный или дырочный) электропроводность определяется концентрацией электронов или дырок.

Для сравнительно узкого интервала температур подвижности носителей изменяются незначительно, т. е. электропроводность определяется главным образом концентрацией носителей. Таким образом, температурная зависимость электрической проводимости должна выражаться функцией энергии активации:

Т = 0 exp (-EA/2kT). (2)

Отсюда вытекает, что lg  является в первом приближении линейной функцией обратной температуры:

lg  = -Q/T + lg 0, (3)

где Q пропорциональна энергии активации EA.

На рисунках 1-3 представлены температурные зависимости электропроводности для трех соединений LaMeFe2O5,5 , где Me- Ca (рис. 1), Me- Sr (рис. 2), Me- Ba (рис. 3) в интервале 300-500К. Экспериментальные результаты получены по двухэлектродной схеме на плоских таблетках диаметром 10 мм, электроды нанесены вжиганием серебряной пасты.


Рис. 1. Зависимость электропроводности (lg ) от температуры для феррита кальция LaCaFe2O5,5


Рис. 2. Зависимость электропроводности (lg ) от температуры для феррита стронция LaSrFe2O5,5
На всех графиках зависимость lg  от обратной температуры (104/Т,К) выражается прямыми линиями в пределах, где энергия активации EA и подвижности  постоянны.

Для всех соединений по экспериментальным данным рассчитаны ширина запрещенной зоны и температурный коэффициент сопротивления. LaCaFe2O5,5 : в интервале 320-370К ширина запрещенной зоны 1,00 эВ, в интервале 390К-500К E=1,35 эВ, в интервале 370-390К наблюдается умень­шение электропроводности, т.е. положительный температурный коэффициент сопротивления T, равный +0,01К-1.


Рис. 3. Зависимость электропроводности (lg ) от температуры для феррита бария LaBaFe2O5,5
LaSrFe2O5,5 : в интервале 300-410К EA = 2,00 эВ, на участке 460-490К EA =1,37 эВ и в диапазоне 410-460К T =+0,14К-1.

LaBaFe2O5,5 : для участка 330-390К EA = 0,9 эВ, 420-490К EA=2,05 эВ, 400-420К T =+0,02К-1.

Так как энергия активации EA гораздо меньше, чем ширина запрещенной зоны EA, то и наклон в зависимости lg  = f(104/T), отвечающий примесной проводимости, должен быть меньше, чем отвечающий «собственной» проводимости чистого полупроводника. Действительно, для LaCaFe2O5,5  и LaBaFe2O5,5  это наблюдается. Рассмотрение температурной зависимости электрической проводимости для указанных соединений приводит к выводу, что переход от области примесной проводимости (низкотемпературная часть) к области собственной проводимости проявляется S-образным участком.

S-образный участок обусловлен тем, что электроны донорной примеси полностью переброшены в зону проводимости (или электроны валентной зоны на акцепторные уровни) при более низкой температуре и с приближением к S-образному участку полупроводник как бы вступил в область насыщения, т.е. концентрация электронов с ростом температуры остается неизменной.

Поскольку dn/dT –> 0, то с дальнейшим увеличением температуры падающая подвижность сначала сдерживает рост проводимости, а затем меняет знак d/dT – электропроводность начинает падать (положительный температурный коэффициент сопротивления). При достаточном приближении к области собственной проводимости температурный коэффициент электропроводности вновь становится положительным за счет быстрого роста с температурой концентрации собственных носителей.

Для LaSrFe2O5,5  наблюдается отступление от этой закономерности. В интервале 410К-460К в зависимости lg = f(104/T) наблюдается достаточно резкий перелом. Этот эффект наблюдается в существенно большом температурном диапазоне (50К) и положительный температурный коэффициент сопротивления T гораздо выше (0,14К-1), чем для LaСaFe2O5,5  (T=+0,01К-1) и для LaВaFe2O5,5  (T=+0,02К-1). По-видимому, это можно связать с какими-то существенными структурными изменениями. Следует отметить также, что в низкотемпературной области ширина запрещенной зоны гораздо выше (E=2,0 эВ), чем для феррита кальция (1,0 эВ) и феррита бария (0,9эВ).

Выводы

  1. Проведено исследование температурной зависимости электропроводности новых полупроводниковых материалов со структурной формулой LaMeFe2O5,5, имеющих перспективное техническое применение.

  2. По экспериментальным данным рассчитаны ширина запрещенной зоны в различных температурных диапазонах, а также температурный коэффициент сопротивления в зоне фазового перехода.

  3. Установлено, что для ферритов бария и кальция ширина запрещенной зоны в высокотемпературной области (420-490К) значительно выше, чем в низкотемпературной (300-370К). Для феррита стронция наблюдается отступление от этой закономерности. По предположению авторов, это связано со структурными изменениями.

  4. Сделана оценка энергии активации. Предположена модель физики явления: изменение концентрации носителей заряда до и после фазового перехода.

^ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Крылова И.В. Экзоэмиссия вблизи фазовых переходов эпитаксиальных плёнок манганитов с колоссальным магнетосопротивлением //Известия АНРФ. Серия химическая. 2001. №3. С. 343.

2. Третьяков Д.Д., Гудилин Е.А. //Успехи химии. 2000. Т.69. №1. С. 3.

3. Клындюк А.И., Чижова Е.А. Влияние дефицита катионов на структуру и свойства слоистого феррокупрата лантана бария // Журнал неорганической химии. 2008. Т.53. №4. С.579.

4. Касенов Б.К., Мустафин Е.С., Касенова Ш.Б., Едильбаева С.Т., Толоконников Е.Г. Синтез и калориметрия ферритов LaMeFe2O5,5 (Me – Mg, Ca, Sr, Ba) // Там же. 2004. Т.49. №1. С. 107-111.

5. Касенов Б.К., Мустафин Е.С., Едильбаева С.Т, Касенова Ш.Б. Термодинамические свойства ферритов LaSrFe2O5,5 и LaBaFe2O5,5 //Материалы научно-практической конференции «Термодинамика и кинетика равновесных и неравновесных химических процессов», посвященной 70-летию со дня рождения проф. Х.К. Оспанова; Вестник КазНУ. Серия химическая. 2002. №3.

6. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. М.: Наука, 1978. 791с.


УДК 622.416:681.518




^ Л.А. АВДЕЕВ
А.А. ШИЛЬНИКОВА

  1   2   3   4   5   6

Похожие рефераты:

Автоматика. Энергетика. Управление
Перспективные формы дистанционного обучения в рамках международной программы Sinergy
Автоматика. Управление. Энергетика
В современной теории гидравлических цепей вопросы анализа и синтеза по частям практически мало исследованы
Автоматика. Энергетика. Управление
Ключевые слова: аквальные залежи, природные газовые гидраты, углеводородное топливо, уголь, нефть, газ, окружающая среда
Автоматика. Энергетика. Управление
Ключевые слова: параллельное вычисление, кластерные системы, управление распределением, коммуникация данных, процессор
Энергетика. Автоматика. Управление
Становление теории информации в середине ХХ века, связанной с работами В. А. Котельникова и К. Шеннона, также было вызвано потребностями...
Автоматика. Энергетика. Управление
К таким механизмам относятся, в частности, агрегаты непрерывного отжига (ано) металлической полосы, расположенные в листопрокатном...
Автоматика. Энергетика. Управление
Ключевые слова: дистанционное, обучение, синергия, автоматизация, управление, план, метод, проектирование, технологический, комплекс,...
Автоматика. Энергетика. Управление
Это позволяет осуществлять новые электротехнологические процессы: переработка жидких отходов, снижение жесткости воды, опреснение...
Автоматика. Энергетика. Управление
В самом общем виде решение задач транспортного планирования это определение таких параметров транспортной системы, которые наилучшим...
Автоматика. Энергетика. Управление
Предлагаемые в современных средствах защиты от токов утечки адаптивные системы автоматической настройки уставки срабатывания при...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
referatdb.ru
referatdb.ru
Рефераты ДатаБаза