Способ определения ионной электропроводности

 

Изобретение -может быть использовано при измерении электропроводности ионных проводников, в том числе твердых электролитов. Способ определения ионной электропроводности заключается в следующем: образец поляризуют , затем деполяризуют при постоянной температуре в диапазоне 70- . 140°С, ригистрируют потенциалы деполяризации и определяют ионную электропроводность . Способ, реализованный в устройстве, приведенном в опит сании изобретения, имеет пЬвьппенную точность определения, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (29) (222

Е22 4 С 01 И 27/54

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4098415/24-21 (22) 29.07.86 (46) 30,08.88. Бюл. № 32

{71) Ростовский инженерно-строительный институт (72) Е.С..Андрущенко, В.Г.Ахтырский и В.T.Ìàëüöåâ (53) 621.317 (088.8) (56) Электреты / Под ред; Г.Сесслера. — М.: Мир, 1983, с. 214. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИОННОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ (57) Изобретение может быть использовано при измерении электропроводности ионных проводников, в том числе твердых электролитов. Способ определения ионной электропроводности заключается в следующем: образец поляризуют, затем деполяризуют при пос" тоянной температуре в диапазоне 70140 С, ригистрируют потенциалы део поляризации и определяют ионную электропроводность. Способ, реализованный в устройстве, приведенном в опи-. сании изобретения, имеет пдвьппенную точность определения. 1 ил.

1420504

Изобретение может быть использовано при измерении электропроводности ионных проводников, в том числе твердых электролитов.

Цель изобретения — повышение точности определения ионной составляющей электропроводности„

На чертеже. изображено устройство, реализующее предлагаемый способ, В фторопластовом корпусе 1 устройства имеется кольцевая канавка 2 с отверстиями 3. Снизу корпус 1 закрыт фторопластовой KpbIIlIKOH 4. В кор пусе 1 установлен неподвижный элек- 15 трод 5, помещенный в изолятор 6 и металлическую втулку 7. Для фиксации эпектрода 5 служит винт 8. Внутри корпуса 1 установлен алюминиевый экран 9 с отверстиями 10, термопара 11 20 и подпружиненный неподвижный электрод

12. На корпусе 1 установлен электронагнитный вибратор 13 с мембраной 14.

В кольцевую канацку 2 введен штуцер

15, соединенный шлангом 16 с копрес- 25 сором 17 и резервуаром 18, наполненным жидким азотом. Термопара 11 подключена к входу регулятора 19 температурЬ|, выход которого соединен с компрессором 17. Электромагнитный вибратор 13 подключен к звуковому генератору 20. К подпружиненному не-, Подвижному электроду через г.ереключатели 21 и 22 подключен источник 23 компенсирующего напряжения, выход которого соединен с цифровым вольтметром 24. Электрод 5 соединен с входом индикатора 25 нуля и переключателем 26. Выход ийдикатора 25 через цифровой милливольтметр 27 соединен с входом У графопостроителя 28„ а вход Х этого графопостроителя соединен с кварцевым секундомером 29, включающимся переключателем 30. lleреключатели 21,. 22, 26 и 30 соединены

115 в блок и включаются одной кнопкой.

Образец устанавливают следующим образом,.

При снятом вибраторе 13 образец

31 твердого электролита в виде таблетки с электропроводнымк (графитовыми или металлическими) блокирующими электродами помещают на электрод

5 под подпружиненный электрод 12.

Положение электрода 5 фиксируется винтом 8, после чего на корпус 1 устанавливают вибратор 13. Переключатели 21, 22, 26 и 30 устанавливают в положение "а" — "Поляризация". При включении источника 23 через переключатели 21 и 22 на верхний блокирующкй электрод образца 31 подают поляризующее напряжение. Нижний блокирую À электрод образца 31 через неподвижный электрод 5, переключатель 26 и милливольтметр 27 соединяется с корпусом устройства. Поляризация образца производится в течение 100—

300 с при комнатной температуре. После этого включают компрессор 17, закачивающий испаряющийся азот из резервуара 18 через шланг 16, штуцер

15, канавку 2, отверстия 3 и 10 в полость корпуса. Когда температура понизится до (-50)-(-100) С, регулятор 19, управляющий компрессором 17, стабилизирует температуру на заданном значении. После этого переключатели 21, 22, 26 и 30 переводят в положение "б" -"Измерение". Напряженке от источника 23 через переключатечи

21 и 22 подается на вибрирующую с частотой f мембрану 14. В этом случае электрические поля поляризованного образца 31 и мембраны 14 равны по величине и противоположны по знаку. Суммкрованке этих полей происходит в промежутке: мембрана 14 — воздушный зазор — электрод 5 — входное сопротивление индикатора 25 нуля. В случае равенства полей мембраны 14 к образца 31 ток через входное соп- . ротивление индикатора 25 равен нулю, что фиксируется милливольтметром 27 к графопостроителем 28. Поскольку состояние поляризации образца 31 является неустойчивым, через некоторое время t часть поляризационного заряда релаксирует и внешнее поле образца 31 становится меньше, чем поле мембраны 14.

Через входную цепь индикатора 25 течет ток, пропорциональный величине разности напряженности этих полей, который регистрируется милливольтметром 27 и графопостроителем 28„ шкала которого проградуирована в значениях потенциала поверхности образца. Развертка по оси Х графопостроителя 28 осуществляется кварцевым секундомером 29, имеющим на входе цифроаналоговый преобразователь. Градукровка производится один раз с помощью источнкка 23 и цифрового вольтметра 24„

Для этого после поляризации и охлаждения под полем образца 31 переводят переключатели 21, 22, 26 и 30 в по142OS ложение "б" — "Измерение", при релаксации поляризационного заряда образца 31 уравновешивают его, изменяя напряжение источника 23, и с помощью вольтметра 24 строят градуировоиую кривую, которую используют при всех последующих измерениях.

Из графика деполяризации получают значение У, У, и, t и Т, по которым рассчитывают значение электропроводности а = qne . ле (1)

15 где q — заряд носителя;

Е йт пе — количество диссоциирован<> ных носителей;

%7

„)ие — подвижность носителей при

T К;

Ер — энергия диссоциации; м — энергия перемещения в поле диссоциированного носителя.

Как видно из этого выражения, во время поляризации при комнатной тем.Ее

- Кт пературе ионы пе перемешаются со

pd скоростью, пропорциОнальноифс ь в сторону электрода, создавая неравновесный заряд (поляризацию). После глубокого охлаждения и снятия поляризующего поля обратная релаксация определяется максвелловским временем

=E K,/эе, (2) где М- — электропроводность согласно (1) при температуре охлажцения, 40 т.е. процесс резко замедляется и его можно точно регистрировать.

Изобретение позволяет бесконтактным способом определять ионную электропроводность образца, а поскольку через границу образец — электрод ток не протекает, погрешность за счет неправильного выбора электрода отсутствует.

Использование в устройстве второго неподвижного электрода, совместно с блокирующими электродами, нанесенн:ями на исследуемый образец, позволило совместить в одной конструкции поляризатор и измеритель, следовательно,исключен перенос образца из одного устройства в другое, т.е, время ограничено временем срабатывания переключателя, которое для механических переключателей составляет 0,01 с, а для электронных 10 с.

Канал регистрации, состоящий из индикатора нуля, цифрового милливольтметра, графопостроителя и кварцевого секундомера, совместно с переключателем 26 позволяет регистрировать не только процесс деполяризации (положение "б"), но и процесс поляризации (положение "a"), что позволяет получить дополнительную информацию.

Построение канала регистрации не . препятствует использованию в качестве графопостроителя запоминающего осциллографа, что позволяет. работать при более высоких температурах.

Схема системы охлаждения допускает подключение вместо резервуара с жидким азотом источника горячего воздуо ха с температурой до 200 С для исследования электретов классическим методом TCP что расширяет область использования устройства для широкого класса ионных проводников от электретов до электролитов. В этом случае схема измерений по сравнению с известными устройствами упрощается и точность возрастает за счет объединения в одном устройстве поляризатора и деполяризатора и исключения процесса переноса образца, во время которого он подвергается нежелательным воздействиям.

Формула.зобретения

Способ определения ионной электропроводности, заключающийся в том, что Образец поляризуют, затем деполяризуют, регистрируют потенциалы деполяризации и определяют ионную электропроводность, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности, до поляризации на образец с двух сторон наносят электропроводящие электроцы, а деполяризацию проводят при постоянной температуре в диапазоне 70-140 С. 1420504

Подписное

Тираж 847

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор Л.Пчолинская

Заказ 4324/49

Составитель Н.Саришвили

Техр ед А. Кравчук Корректор A. Îáðó÷àð