Transport jonów: kryształy jonowe

Podobne dokumenty
Transport jonów: kryształy jonowe

Elektrolity wykazują przewodnictwo jonowe Elektrolity ciekłe substancje rozpadające się w roztworze na jony

Elektrolit: przewodność jonowa określa opór wewnętrzny ogniwa. Niska przewodność = duże straty wewnątrz ogniwa

Jon w otoczeniu dipoli cząsteczkowych rozpuszczalnika utrzymywanych siłami elektrycznymi solwatacja (hydratacja)

Elektrolity wykazują przewodnictwo jonowe Elektrolity ciekłe substancje rozpadające się w roztworze na jony

Transport jonów: kryształy jonowe

PRZEWODNIKI JONOWE I FENOMENOLOGIA PRZEWODNICTWA JONOWEGO FENOMENOLOGIA PRZEWODNICTWA JONOWEGO. Elektroceramika.

Defekty punktowe II. M. Danielewski

Nauka o Materiałach Wykład II Monokryształy Jerzy Lis

DG m. a I STRUKTURALNY ASPEKT PRZEWODNICTWA JONOWEGO. Model STRUKTURALNY ASPEKT PRZEWODNICTWA JONOWEGO

Zaburzenia periodyczności sieci krystalicznej

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA w elektronice

7. Defekty samoistne Typy defektów Zdefektowanie samoistne w związkach stechiometrycznych

Materiały Reaktorowe. Fizyczne podstawy uszkodzeń radiacyjnych cz. 1.

CHEMIA DEFEKTÓW PUNKTOWYCH, CZ. I NIEDOSKONAŁOŚCI BUDOWY CIAŁA STAŁEGO

WŁASNOŚCI CIAŁ STAŁYCH I CIECZY

INŻYNIERIA NOWYCH MATERIAŁÓW

Materiały Reaktorowe. - Struktura pasmowa - Defekty sieci

Funkcja rozkładu Fermiego-Diraca w różnych temperaturach

Szkło. T g szkła używanego w oknach katedr wynosi ok. 600 C, a czas relaksacji sięga lat. FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ

Różne dziwne przewodniki

Materiały Reaktorowe. Efekty fizyczne uszkodzeń radiacyjnych c.d.

Orientacyjny plan zajęć (semestr VI)

Repeta z wykładu nr 3. Detekcja światła. Struktura krystaliczna. Plan na dzisiaj

Budowa ciał stałych. sieć krystaliczna układy krystalograficzne sieć realna defekty wiązania w ciałach stałych

Elektryczne własności ciał stałych

Laboratorium inżynierii materiałowej LIM

Nowe materiały i ich zastosowania:

Model elektronów swobodnych w metalu

Właściwości kryształów

Zadania treningowe na kolokwium

Chemia nieorganiczna. Copyright 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.

Klasyfikacja przemian fazowych

Chemia nieorganiczna. Pierwiastki. niemetale Be. 27 Co. 28 Ni. 26 Fe. 29 Cu. 45 Rh. 44 Ru. 47 Ag. 46 Pd. 78 Pt. 76 Os.

Nowe materiały i ich zastosowania:

Defekty. Defekty strukturalne. Kryształ idealny nie istnieje

STRUKTURA KRYSTALICZNA

STRUKTURA PASM ENERGETYCZNYCH

Wiązania chemiczne. Związek klasyfikacji ciał krystalicznych z charakterem wiązań atomowych. 5 typów wiązań

Transport zanieczyszceń. Mykola Shopa

STRUKTURA CIAŁA STAŁEGO

ZALEŻNOŚĆ OPORU ELEKTRYCZNEGO 57 METALU I PÓŁPRZEWODNIKA OD TEMPERATURY

Wykład 5. Komórka elementarna. Sieci Bravais go

Czym jest prąd elektryczny

MATERIAŁOZNAWSTWO Wydział Mechaniczny, Mechatronika, sem. I. dr inż. Hanna Smoleńska

Stan Krystaliczny Stan krystaliczny. Stan krystaliczny

Ciała stałe. Literatura: Halliday, Resnick, Walker, t. 5, rozdz. 42 Orear, t. 2, rozdz. 28 Young, Friedman, rozdz

Teoria pasmowa ciał stałych

Elektryczne własności ciał stałych

Przewodność elektryczna ciał stałych. Elektryczne własności ciał stałych Izolatory, metale i półprzewodniki

Związek rzeczywisty TiO TiO x 0.65<x<1.25 TiO 2 TiO x 1.998<x<2.0 VO VO x 0.79<x<1.29 MnO Mn x O 0.848<x<1.0 NiO Ni x O 0.999<x<1.

POLITECHNIKA WARSZAWSKA. Wydział Fizyki ROZPRAWA DOKTORSKA. mgr inż. Marcin Hołdyński. Struktura krystaliczna i przewodnictwo

Elementy teorii powierzchni metali

DEFEKTY STRUKTURY KRYSTALICZNEJ. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Stany skupienia materii

ZALEŻNOŚĆ OPORU ELEKTRYCZNEGO METALU I PÓŁPRZEWODNIKA OD TEMPERATURY

Fizyka Ciała Stałego

NIEDOSKONAŁOŚCI BUDOWY CIAŁA STAŁEGO KRYSZTAŁY RZECZYWISTE.

Zasady obsadzania poziomów

DYFUZJA I JEJ ZASTOSOWANIA

Dr inż. Zbigniew Szklarski

półprzewodniki Plan na dzisiaj Optyka nanostruktur Struktura krystaliczna Dygresja Sebastian Maćkowski

Dr inż. Zbigniew Szklarski

Model wiązania kowalencyjnego cząsteczka H 2

STRUKTURA IDEALNYCH KRYSZTAŁÓW

Absorpcja związana z defektami kryształu

Defekty. Każde zaburzenie periodyczności kryształu jest defektem.

TEORIA PASMOWA CIAŁ STAŁYCH

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Wiązania chemiczne w ciałach stałych. Wiązania chemiczne w ciałach stałych

Dr inż. Zbigniew Szklarski

31/01/2018. Wykład II: Monokryształy. Treść wykładu: Wstęp - stan krystaliczny

Krystalografia. Typowe struktury pierwiastków i związków chemicznych

Układy krystalograficzne

Wykład IV. Półprzewodniki samoistne i domieszkowe

Ciała stałe. Ciała krystaliczne. Ciała amorficzne. Bardzo często mamy do czynienia z ciałami polikrystalicznymi, rzadko monokryształami.

WIĄZANIA. Co sprawia, że ciała stałe istnieją i są stabilne? PRZYCIĄGANIE ODPYCHANIE

Arkusze zadań do ćwiczeń z podstaw fizyki ciała stałego Marek Izdebski

WŁAŚCIWOŚCI ELEKTRYCZNE. Oddziaływanie pola elektrycznego na materiał. Przewodnictwo elektryczne. Podstawy Nauki o Materiałach

Pasmowa teoria przewodnictwa. Anna Pietnoczka

Temat 27. Termodynamiczne modele blokowe wzrostu kryształów

BUDOWA KRYSTALICZNA CIAŁ STAŁYCH. Stopień uporządkowania struktury wewnętrznej ciał stałych decyduje o ich podziale

r. akad. 2012/2013 Podstawy Procesów i wykład XIII - XIV Zakład Biofizyki

6. Dyfuzja w ujęciu atomowym

Kryształy w nauce i technice

Wykład II: Monokryształy. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

m e vr =nh Model atomu Bohra

WĘDRÓWKI ATOMÓW W KRYSZTAŁACH: SKĄD SIĘ BIORĄ WŁASNOŚCI MATERIAŁÓW. Rafał Kozubski. Instytut Fizyki im. M. Smoluchowskiego Uniwersytet Jagielloński

Przejścia kwantowe w półprzewodnikach (kryształach)

Fizyka 2. Janusz Andrzejewski

Natężenie prądu elektrycznego

VI. POMIAR ZALEŻNOŚCI OPORNOŚCI METALI I PÓŁPRZEWODNIKÓW OD TEMPERATURY

Szkła specjalne Wykład 16 Przewodnictwo elektryczne Część 3 Przewodnictwo jonowe i mieszane w szkłach tlenkowych

Analiza wpływu domieszkowania na właściwości cieplne wybranych monokryształów wykorzystywanych w optyce

Fizyka Ciała Stałego. Struktura krystaliczna. Struktura amorficzna

E3. Badanie temperaturowej zależności oporu elektrycznego ciał stałych 1/5

Podział ciał stałych ze względu na strukturę atomowo-cząsteczkową

Materiałoznawstwo optyczne KRYSZTAŁY

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

Transkrypt:

Transport jonów: kryształy jonowe JONIKA I FOTONIKA MICHAŁ MARZANTOWICZ Jodek srebra AgI W 42 K strukturalne przejście fazowe I rodzaju do fazy α stopiona podsieć kationowa. Fluorek ołowiu PbF 2 zdefektowanie Frenkla podsieci anionowej, klastry defektow, ciągłe przejście fazowe. Chlorek sodu NaCl kryształ jonowy, defekty Schottky w równowadze termodynamicznej, przewodność jonowa wrasta podczas topnienia. Zależność przewodności jonowej od temperatury. Strzałki oznaczają temperaturę topnienia.

Defekty punktowe JONIKA I FOTONIKA MICHAŁ MARZANTOWICZ defekty Schottky atomy międzywęzłowe defekty Frenkla

Dyslokacje JONIKA I FOTONIKA MICHAŁ MARZANTOWICZ

Centra barwne w kryształach jonowych

Centra barwne w kryształach jonowych

Lokalny mod drgań atomu domieszki o mniejszej masie niż atom macierzysty

Mechanizmy dyfuzji w ciele stałym międzywęzłowy pierścieniowy lukowy spiętrzeniowy

Ścieżka przewodzenia ruchliwego jonu w strukturze podsieci jonów nieruchliwych. R b oznacza promień przewężenia Potencjał jonu w funkcji położenia. Linia przerywana - bez uwzględnienia relaksacji podsieci jonów nieruchliwych. Potencjał jonu w funkcji położenia, gdy pozycje zajęte przez jony przeplatają się z pozycjami wolnymi o wyższej energii potencjalnej. Potencjał jonu w funkcji położenia, wygładzony po obsadzeniu przez jony części położeń o wyższej energii.

Przewodnictwo elektryczne jonów w krysztale 1 U1 Eqa -1-1 -2-2 -3 Γ - U +Eqa /2 a + U -Eqa /2 E Γ + -3 x Potencjał periodyczny minima w węzłach sieci krystalicznej, stała sieci a bariery potencjału między węzłami punkty siodłowe potencjału w przestrzeni. Częstość przeskoków jonu przez barierę potencjału o wysokości U (gdy sąsiednie węzły są wolne): U Γ = ν exp, k BT gdzie ν - częstotliwość drgań jonu wokół minimum potencjału (rzędu 1 13 s -1 ). Jeśli na N węzłów sieci przypada n jonów ruchliwych, to prawdopodobieństwo znalezienia = N n N = 1 luki w sąsiednim położeniu jest ( ) c gdzie c v c = n N oznacza względne zapełnienie węzłów sieci przez jony. Po przyłożeniu jednorodnego pola elektrycznego o natężeniu E (wzdłuż kierunku ruchu) częstości przeskoków jonu o ładunku q stają się różne: Γ + zgodnie ze zwrotem pola E (bariera potencjału dla jonu obniżona o Eqa/2), Γ - przeciwnie do zwrotu pola E (bariera potencjału podwyższona o Eqa/2).

Przewodność elektryczna jonów w krysztale Średnie przesunięcie jonu w jednostce czasu (prędkość dryfu) v = ( Γ ) 2 d + Γ ac v (1/2 bo przeskoki w jedną stronę).. Rozwijając w szereg: exp () z 1 + z, gdy z << 1 Γ + U Eqa 2 U = ν exp ν exp k T kbt 1 + Eqa = Γ 1 + 2kBT B 2 Eqa k T B, Γ = ν U + Eqa exp k T 2 Γ 1 B 2 Eqa k T B, Eqa 2k T B << 1 Γ + Γ = Eqa k T B Γ = Eqa ν exp kbt U k T B Prędkość dryfu: v Ruchliwość jonów: d 2 Eqa U = cvν exp 2kBT kbt vd u = E. Przewodność właściwa: 2 2 q a U = = Nc c σ nqu (1 ) ν exp 2kBT kbt

Jodek srebra archetyp przewodnika superjonowego Struktura krystaliczna fazy α-agi, aniony I - tworzą sieć regularną bcc, 2 kationy Ag + mogą obsadzać 42 pozycje krystalograficzne. Jony Ag + przeskakują między 12 pozycjami o symetrii tetragonalnej przemieszczenia jonów na podstawie dyfrakcji neutronów. Model walencyjności wiązania (bond valence) obrazuje ścieżkę przewodzenia obszar dostępny dla jonów Ag + ze względu na małe niedopasowanie walencyjności wiązania.

Fluorek ołowiu β-pbf 2 transport w strukturze fluorytu Kationy M 2+ tworzą sieć regularną fcc, aniony F - zajmują pozycje o symetrii tetragonalnej. Aniony F - tworzą sieć regularną prostą, kationy M 2+ zajmują środek co drugiego sześcianu. Powierzchnie stałego niedopasowania w modelu walencyjności wiązania ścieżki przewodzenia.

β-pbf 2 defekty anty-frenkla, tworzenie się klastrów defektów klaster 3:1:2 klaster 4:2:2 W niskiej temperaturze pary anty-frenkla: jony fluoru w pozycjach międzywęzłowych i luki. Przejście do stanu superjonowego powyżej 711 K (pik λ ciepła właściwego). Duża koncentracja defektów tworzą się dynamicznie klastry: luki, aniony międzywęzłowe, aniony przesunięte z położenia węzłowego (zrelaksowane). Względna koncentracja luk anionowych na podstawie analizy dyfrakcji neutronów.