Изучение глубинного строения и состава земной коры
Дипломная работа - Геодезия и Геология
Другие дипломы по предмету Геодезия и Геология
T) + s02 exp (-E02 /k T). (1.9)
электромассоперенос электропроводность серицит минерал
На рис. 3 представлена общая схема температурной зависимости ионной проводимости диэлектриков. Первый член уравнения (1.9) соответствует низкотемпературной электропроводности (нижняя часть графика, ниже точки излома), второй - высокотемпературной проводимости (верхняя часть графика). Экспериментально установлено, что E02 обычно равна или больше 2 E01 и что s01 на несколько порядков меньше, чем s02 [Лидьярд, 1962] .
Величина ионной проводимости у различных веществ различна и резко зависит от температуры. Так, при комнатной температуре значения s лежат в пределах 10-10 - 10-14 Ом-1 см -1. при высоких температурах, близких к температуре плавления, у большинства ионных кристаллов она достигает величины 10-2 - 10-3 Ом-1 см -1.
Остановимся на определении величины энергии активации E0 по экспериментальным данным [Пархоменко, 1965]. Прологарифмировав выражение (1.8), получим
ln st = ln s0 - E0 /k T, (1.10)
Или в десятичных логарифмах
lg st = lg s0 - 0.43 E0 /k T. (1.11)
Наклон прямой зависимости lg st = f (1/T) к оси абсцисс определяет энергию активации E0, так как тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс
tg j = - 0.43 E0/k.
Если по оси абсцисс откладывать 1000/T и выразить E0 в электронвольтах, то
E0 = 0.2 tg j.
Обычно эта величина лежит от десятых до нескольких единиц электронвольт.
Если продолжим линию графика до пересечения с осью lg st, то получим значение логарифма предэкспоненциального множителя lg s0.
. Электропроводность минералов при высоких температурах (литературный обзор)
Основным фактором, определяющим электропроводность минералов, а следовательно и горных пород в недрах Земли, является температура. В этой связи кратко рассмотрим имеющийся литературный материал по электропроводности некоторых главных породообразующих минералов, а также аналогичных им по структуре и свойствам искусственным минеральным соединениям с ионным механизмом проводимости (различного вида стекла, керамика, оксиды и т.д.) при высоких температурах. Наибольшее развитие экспериментальные исследования электропроводности минералов при высоких температурах получили в последние десятилетия. Более ранние исследования электропроводности диэлектриков осуществлялись с щелочно- галоидными кристаллами, являющимися в основном соединениями с чисто ионными связями, которые в природе встречаются а виде минералов галит, сильвин и флюорит. Исследование этих минералов получило свое развитие и в дальнейшем при изучении влияния дефектов решетки на свойства кристаллов.
Минералы в виде бинарных соединений галит NaCl и сильвин KCl характеризуются близкими значениями параметров электропроводности, что объясняется их одинаковой структурой и сходными свойствами их катионов. Механизм электропроводности этих минералов до относительно высоких температур обусловлен миграцией катионных вакансий, расчеты показывают, что в кристаллических структурах подобного типа энергетически более выгодно движение крупных катионов по дефектам Шоттки, чем по междоузлиям. Исследование минералов KCl и NaCl различной степени чистоты показало, что электропроводность в примесной области наиболее существенным образом зависит от концентрации примесей, при этом установлено, что различным состояниям двухвалентной примеси в кристаллах NaCl соответствуют и различные области структурно- чувствительной проводимости, кривая температурной зависимости электропроводности в интервале 100 -500 С характеризуется тремя областями: область I выше 500 С, в которой энергия активации Е1 связана с энергией образования и энергией движения вакансий; ниже следует структурно-чувствительная область II (от 400 до 500C ) с энергией активации Е2, соответствующей исключительно движению катионных вакансий, концентрация которых равна концентрации примесей; область III (от 250 до 400 С) с энергией активации Е3 > E2, что обусловлено ассоциацией примесных двухвалентных катионов с катионными вакансиями [Воробьев,1960; Челидзе и др.,1979].
При исследовании кристаллов флюорита CaF2 было установлено, что в интервале 200-1000 С зависимость lg s от 1/Т является линейной с энергией активации 1,4 эВ [Пархоменко и др., 1972]. Отсутствие излома и достаточно высокую энергию активации авторы объясняют тем, что электропроводность осуществляется основными ионами или примесями, которые содержатся в значительном количестве. Присутствие примесей разного химического состава может привести к изменению указанного характера проводимости, например, для исследованного авторами [Челидзе и др., 1979] флюорита характерны меньшая проводимость и пониженные значения энергии активации.
В работе [Зайнуллина, Жуков, 2001] исследовано влияние точечных дефектов на электронную структуру, химическую связь и ионную проводимость классических ионных проводников со структурой флюорита: MeF2 (Me=Ca,Sr,Ba,Pb), ZrO2-CaO, ZrO2-Y2O3. Рассчитаны энергия образования и взаимодействия структурных дефектов в этих кристаллах. Обнаружен эффект кластеризации дефектов в этих соединениях. Наличием данного эффекта объясняются причины возникновения суперионного состояния и аномального поведения физико-химических свойств данных твердых электролитов. Исследованы механизмы и энергетика ионного переноса в оксидных и фторидных проводниках со структурой флюорита. Результаты данного исследования показывают, что одни и те же причины лежат в основе изменения как физико-химических свойств этих соединений, так и особенностей