УДК

537.311

Сведения об авторах

Волков Александр Сергеевич, Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова адрес: 163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, д. 17; е-mail: a.s.volkov@narfu.ru 

Аннотация

В работе представлены результаты исследований по влиянию температуры и концентрации кислотных примесей диссоциирующих кислот (HNO3, H2SO4, H3PO4) на удельную электрическую проводимость σ мерзлой влагосодержащей дисперсной системы на основе порошка мелкозернистого кварца на частотах 0.1, 1 и 10 кГц. Исследования проводились с помощью измерителя иммитанса Е7-14, образец на основе кварца с примесью кислоты исследуемой концентрации помещался в измерительную ячейку − плоский конденсатор. Диапазон температур составлял 120–290 К, диапазон концентраций примесей кислот – от 10-6 до 10-2 М. Опираясь на факт определенности электропроводности мерзлой дисперсной системы электропроводностью льда и на дебаевские формулы частотной дисперсии удельной электрической проводимости, определены параметры частотной дисперсии модели Дебая: высокочастотная σ∞ и статическая σS электрические проводимости, а также время релаксации τσ. На основе сравнения с подобными характеристиками для дисперсной системы без примеси определен вклад примесей в эти параметры и в дальнейшем выдвинута модель поведения примеси во льду. Выявлено, что при замерзании дисперсной системы с примесью образуются состояния «ион––ионный дефект H3O+» и «ион––ориентационный дефект D+». Связанные состояния образуются из протонов в результате электростатических и диффузионных процессов протонно-донорной примеси диссоциирующей кислоты. При повышении температуры связанные пары ионов распадаются.

Ключевые слова

дисперсные системы, лед с примесью, удельная электрическая проводимость, время релаксации, полупроводниковые свойства льда.

Список литературы

1. Тонконогов М.П. Диэлектрическая спектроскопия кристаллов с водородными связями. Протонная релаксация // УФН. 1998. Т. 168, № 1. С. 29–54. 
2. Bjerrum N. Structure and Properties of Ice // Science. 1952. V. 115. P. 385–390. 
3. Granicher H., Jaccard С., Scherrer P., Steinemann A. Dielectric Relaxation and the Electrical Conductivity of Ice Crystals // Discuss. Faraday Soc. 1957. 23. P. 50–62. 
4. Petrenko V.F., Whitworth R.W. Physics of Ice. N.Y., 2006. 
5. Волков А.С., Копосов С.Г., Малков А.В. Исследование влияния быстрой заморозки льда во влагосодержащей дисперсной среде на распределение элементов K и Cl по образцу // Физ. вестн. ин-та естест. наук и биомедицины САФУ: сб. науч. тр. 2011. Вып. 10. С. 87–90. 
6. Тягунин А.В., Копосов Г.Д. Механическая смесь гранулированного льда с песком. LAP Lambert Academic Publishing, 2012. 196 с. 
7. Jaccard С. Thermodynamics of Irreversible Processes Applied to Ice // Phys. Kondens. Materie. 1964. V. 3. P. 90–118. 
8. Копосов Г.Д., Тягунин А.В. Физика пассивных диэлектриков: учеб. пособие. Архангельск, 2013. 
9. Копосов Г.Д., Бардюг Д.Ю. Анализ предплавления льда во влагосодержащих дисперсных средах // Письма в ЖТФ. 2007. Т. 33. Вып. 14. С. 80–86.