Способ получения n- и p-типов протонных полупроводников

Изобретение относится к нанотехнологиям. Способ получения n- и p-типов протонных полупроводников заключается в определении вида дефектов, их количества и энергии активации за счет измерения термостимулированных токов деполяризации и удельной электрической проводимости, при этом создается избыточная концентрация протонов и протонных дефектов при легировании кристаллических материалов кислотами типа HCl, HI, HF (с преимущественной Н+и H3O+проводимостью, то есть p-типа) или щелочами типа NH4OH (с преимущественной ОН- проводимостью, то есть n-типа) и определении вида, концентрации и величины энергии активации релаксаторов для более широкого набора кристаллических материалов, для чего образец термостатируется при определенной температуре, не превышающей температуру плавления, заполяризованный объект охлаждается без отключения электрического поля Еп до То=77 К и поляризованное состояние "замораживается". Затем электрическое поле отключается, образец замыкается на измерительный прибор и при нагревании происходит разрушение гетерозаряда, то есть появление токов термостимулированной деполяризации, заключающейся в появлении релаксационных максимумов, величина и смещение которых по шкале температуры позволяет определить вид полупроводника, концентрацию n- и p-типов носителей заряда и их энергию активации. Проведенные комплексные исследования позволили показать природу и механизм диэлектрической релаксации, транспорта и туннелирования протонов через наноструктуру ряда кристаллов с водородными связями при низких температурах, где показано, что чистой протонной проводимости, аналогичной электронной, не существует. Имеет место сильная корреляция между транспортом за счет прыжковой диффузии протонов посредством как термоактивационных, так и туннельных переходов через кристаллическую решетку и изменения ориентации протонированных анионов НSiO43-(силикаты), НSO4- (сульфаты) или НIO3 (иодаты). Широкий диапазон рабочих температур твердых проводников и полупроводников n- и p-типов дает возможность их использования в качестве рабочего тела датчиков водорода и его изотопов, определяет перспективность их практического использования на объектах атомной энергетики при решении проблем обеспечения взрывобезопасности. 6 ил., 4 табл.

 

Способ относится к нанотехнологиям, поскольку изменение структуры кристаллических материалов происходит в кристаллической решетке на атомарном уровне, так как расстояние между ионами кислорода в тетраэдре равно 1.215 Å, между ионом кислорода в и молекулой воды 1.35 Å, а также 1.4 Å между тетраэдрами в силикатах и октаэдрами в иодатах. Необходимость исследования способа получения n- и p-типов протонных полупроводников в кристаллических материалах обусловлена разработкой новых видов электроизоляционных и оптических материалов с заданной протонной проводимостью, используемых в микро- и оптоэлектронике и лазерной технике, что важно при разработке новых нанотехнологий. Для нанотехнологий важно знать не макропараметры, измеряемые при помощи приборов, а микропроцессы, протекающие внутри кристаллической решетки, и способы влияния на них.

Известен способ определения типов и параметров релаксаторов в кристаллогидратах (Тимохин В.М., Тонконогов М.П., Миронов В.А. «Типы и параметры релаксаторов в кристаллогидратах» // Известия вузов. Физика. Томск, СФТИ. - 1990.- №11.- С.82-87), где показано, что диэлектрическая релаксация в слоистых кристаллах обусловлена, в частности, релаксацией дефектов OH- и H3O+. Однако, получение n- и p-типов протонных полупроводников не рассматривается.

Известен также способ «Протонный проводник, способ его получения и электрохимическое устройство с его использованием». Патент №2265257, Япония, авторы: РОСТ Констанс, АТА Масафуми, ПИЕТЦАК Бьерн, ХИНОКУМА Коитиро. Изобретение относится к области электротехники, в частности к протонному (Н+) проводнику, способу его получения и электрохимическому устройству с его использованием. Протонный проводник включает углеродистый материал, по существу состоящий из углерода, в который введены группы диссоциации протонов. В этом протонном проводнике протоны перемещаются между группами диссоциации протонов. Ионная проводимость протонного проводника выше, чем его электронная проводимость. В качестве углеродистого материала использованы углеродные кластеры, такие как фуллерен или углеродистый трубчатый материал, или так называемые углеродные нанотрубки, или углеродистый материал, имеющий ромбовидную (алмазную) структуру. Технический результат изобретения состоит в создании проводника, который можно использовать в широком диапазоне температур, который не зависит от влаги и может быть использован в виде тонкой пленки, что в свою очередь уменьшает размеры и упрощает конструкцию электрохимического устройства. Однако о способе получении n- и p-типов протонных полупроводников в этом изобретении ничего не говорится.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ, описанный в патенте №2360239. опубл. 27.06.2009, Бюл. №18. «Способ получения протонной проводимости в кристаллах и электроизоляционных материалах». Автор Тимохин В.М., в котором протонная проводимость определяется при измерении термостимулированных токов деполяризации (ТСТД) и удельной электрической проводимости чистого материала и материала, легированного примесями (например, HCl, HI, HF, и др.), в результате чего увеличивается концентрация протонов и ориентационных дефектов H3O+, миграция которых осуществляется за счет перескоков протонов по водородным связям. Однако здесь не рассматривается применение примеси NH4OH и получение полупроводников n- и p-типов.

Целью изобретения является исследование возможности получения n- и p-типов протонных полупроводников на основе кристаллических и электроизоляционных материалов.

Техническим результатом, достигаемым в данном изобретении, является разработка технологии получения n- и p-типов протонных полупроводников на основе кристаллических и электроизоляционных материалов.

Для достижения технического результата в способе получения n- и p-типов протонных полупроводников, заключающемся в определении вида дефектов, их количества и энергии активации за счет измерения термостимулированных токов деполяризации и удельной электрической проводимости, отличающемся тем, что создается избыточная концентрация протонов и протонных дефектов при легировании кристаллических материалов кислотами типа HCl, HI, HF (с преимущественной Н+и H3O+проводимостью, то есть p-типа) или щелочами типа NH4OH (с преимущественной ОН- проводимостью, то есть n-типа) и определении вида, концентрации и величины энергии активации релаксаторов для более широкого набора кристаллических материалов, для чего образец термостатируется при определенной температуре, не превышающей температуру плавления, заполяризованный объект охлаждается без отключения электрического поля Еп до То=77 К и поляризованное состояние "замораживается". Затем электрическое поле отключается, образец замыкается на измерительный прибор и при нагревании происходит разрушение гетерозаряда, то есть появление токов термостимулированной деполяризации, заключающейся в появлении релаксационных максимумов, величина и смещение которых по шкале температуры позволяет определить вид полупроводника, концентрацию n- и p-типов носителей заряда и их энергию активации.

Первоначально исследовались термостимулированные токи деполяризации (ТСТД) кристаллов гексагонального льда Ih как идеальной модели протонных полупроводников с водородными связями. Затем исследовались кристаллогидраты кальция CaSO4·2H2O и меди CuSO4·5H2O, кристаллы гидросиликата магния (онотского талька) Mg3[Si4O10][OH]2, слюды мусковита KAl2[AlSi3O10][OH]2 и флогопита KMg3[AlSi3O10][F,OH]2, объединенные одним общим признаком – наличием водородных связей.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Фиг.1. Зависимость плотности ТСТД флогопита от температуры прокаливания и легирования вдоль оси Z [0001]: 1 – природный, 2 – Тпр=473 К, 3 – Тпр=1073 К, 4 – Тпр=1373 К, 5 – с примесью NH4OH, М (раствора)=5.6 моль/л, 6 – с примесью HCl, М (раствора)=7.4 моль/л, d=270 мкм, Еп=8·106 В/м, Тп=300 К.

Фиг.2. Влияние легирования кристаллов гидросиликата магния на спектр ТСТД: 1 – природный, 2 – с примесью HCl, М (раствора)=7,4 моль/л, 3 – с примесью NH4OH, М (раствора)=9,2 моль/л. En=2⋅105 В/м, Тn=300 К.

Фиг.3. Влияние легирования кристаллов сульфата кальция на спектр ТСТД: 1 –природный, 2 – с примесью HCl, М (раствора)=7,4 моль/л, 3 – с примесью NH4OH М(раствора)=9,2 моль/л, Еn=2⋅105 В/м, Тn=300 К.

Фиг.4. Зависимость удельной электрической проводимости кристаллов гидросиликата магния, легированного HCl, от обратной температуры: 1 – природный Тпр=1023 К, 2 – М (раствора HCl)=3,29 моль/л, 3 – М (HCl)=4,93 моль/л, 4 – М (HCl)=6,58 моль/л, 5 – М (HCl)=8,15 моль/л.

Фиг.5. Зависимость удельной электрической проводимости кристаллогидратов сульфата кальция CaSO4·2H2O, легированного HCl, от обратной температуры: 1 – природный, 2 – М(раствора HCl)=3,29 моль/л, 3 – М(HCl)=4,93 моль/л, 4 – М(HCl)=6,58 моль/л, 5 – М(HCl)=8,15 моль/л.

Фиг.6. ИК-спектр пропускания кристаллов мусковита и флогопита.

Здесь Тпр – температура прокаливания образцов, Тn – температура поляризации, Еn – напряженность электрического поля, М – молярная концентрация легирующего раствора, d – толщина образцов, ИК – инфракрасное излучение.

Способ осуществляется следующим образом. Кристаллы при выращивании допируются примесями HCl, HI, HF или NH4OH. Природные кристаллы выдерживаются в соответствующих растворах с молярной концентрацией М. Образец устанавливается в измерительную ячейку, термостатируется в течение 10 мин при температуре 300 К, затем подключается источник питания, заполяризованный объект охлаждается без отключения электрического поля Еп при помощи жидкого азота до То=77 К и поляризованное состояние "замораживается". Затем электрическое поле отключается, образец замыкается на измерительный прибор и при нагревании с постоянной скоростью происходит разрушение гетерозаряда, то есть появление токов термостимулированной деполяризации, заключающейся в появлении релаксационных максимумов при различных температурах. Термостатирование образца при температуре, не превышающей температуру плавления, обеспечивает равномерный прогрев образца по всему объему. При подключении источника питания к образцу прикладывается электрическое поле, что приводит к изменению ориентации молекул и перемещению носителей заряда. Регистрирующий прибор (В7-30) регистрирует электрический ток, что фиксируется самописцем или на экране компьютера (Тимохин В.М. Многофункциональное устройство для исследования физико-технических характеристик полупроводников, диэлектриков и электроизоляционных материалов / Патент РФ №2348045 от 27.02.2009, Бюл. №6).

При исследовании модельных кристаллов гексагонального льда Ih с осью симметрии 6-го порядка выяснили, что при легировании льда примесью HCl максимум 1 (Т=98К) спектра ТСТД растет и смещается в область высоких температур, а максимум 2 (Т=125К) смещается к низким температурам. При наличии примеси NH4OH наблюдается обратная картина: максимум 1 смещается к низким температурам, а максимум 2 – к высоким температурам. Такое поведение релаксационных максимумов характерно только для кристаллов с водородными связями (Тимохин В.М., Тонконогов М.П. Диэлектрическая спектроскопия льда // Изв. вузов. Сев.-Кавказ. регион. Техн. науки. Спецвыпуск. Проблемы водного транспорта. РГУ, Ростов-на-Дону, 2006. Ч.2. С.102-105).

Максимум 1 ТСТД льда связан с релаксацией ионов H3O+, имеющих энергию активации 0,1 эВ и возникающих в результате смещения протонов вдоль водородной связи от одной молекулы Н2О к соседней молекуле воды, и образуется дефект H3O+. Максимум 2 ТСТД льда обусловлен релаксацией ориентационных L и D-дефектов, возникающих в результате перескока протонов с одной водородной связи на другую, что приводит к образованию одной пустой связи (L-дефект) и одной связи с двумя протонами (D-дефект).

Затем все материалы (кроме льда) прокаливались при температурах, соответствующих выходу определенного сорта воды (Фиг.1). При температурах прокаливания Тпр=(373-473) К максимум 4 (206 К) уменьшался на 1,5-2 порядка, поэтому он объясняется релаксацией молекул адсорбированной воды. При Тпр=(850-1373) К, соответствующей выходу молекул кристаллизационной воды, амплитуда максимума 3 (176 - 180 К) силикатов (гидросиликата магния и слюд) уменьшалась более чем в 100 раз, поэтому его появление связывается с релаксацией дипольных молекул кристаллизационной воды.

Для выявления природы релаксации других максимумов образцы легировались примесями НСl и NH4OH. Показано, что максимум 1 в спектрах ТСТД при температурах 86 – 100 К с энергией активации 0.05 – 0.07 эВ объясняется релаксацией комплексов , или , изменение ориентации которых связано с туннельными переходами протонов между ионами кислорода внутри и между тетраэдрами. В спектрах ТСТД льда этого максимума нет, так как лед не содержит подобных комплексов.

У силикатов и сульфатов кальция и меди при наличии примеси НСl максимум 2 спектра ТСТД (Тм=110 - 130 К) смещался в область высоких температур, в результате чего в десятки раз увеличивалась его величина (Фиг.1-3). Во время нагрева происходит разориентация замороженных ионов Н3О+, однако кулоновское взаимодействие с ионом хлора будет этому препятствовать, поэтому полная разориентация, т.е. образование максимума 2 ТСТД, произойдет при более высокой температуре. Следовательно, максимум 2 обусловлен релаксацией ионов гидроксония Н3О+, поведение и энергия активации которого 0.1 эВ хорошо совпадают с поведением и энергией активации первого максимума ТСТД льда.

Максимум 5 (235 К) обусловлен релаксацией гидроксилов ОН-, так как этот максимум возрастает в 150-200 раз при допировании кристаллов примесью NH4OH. При допировании кристаллов примесью HCl максимум 5 не изменялся, а максимум 6 (Тм=257 К) сильно возрастал и смещался в область низких температур, что связывается с релаксацией комплексов VL (вакансия+L-дефект), образование которых в 5 раз более вероятно по сравнению с комплексами VD (вакансия+D - дефект). Причина заключается в большой энергии связи D-дефекта из-за короткого расстояния между двумя протонами. Седьмой максимум ТСТД при температуре 360 К не является монорелаксационным, так как обусловлен релаксацией объемного заряда и здесь не рассматривается.

Для измерения удельной электропроводности образец термостатируется при определенной температуре, затем подключается источник стабилизированного питания и регистрирующий прибор (например, вольтметр – электрометр В7-30) и фиксируется спадание тока со временем, по остаточному току определяется удельная электрическая проводимость γ и ее зависимость от температуры .

Из фиг. 4 и 5 можно сделать вывод, что низкотемпературная проводимость (Т<210-230 К) обусловлена в основном протонами и дефектами Н3О+, то есть проводимостью p-типа с энергией 0,07 – 0,1 эВ, что соответствует максимумам ТСТД №1, 2. При T>210-230 K превалирует проводимость n-типа, обусловленная дефектами ОН- с энергией активации 0,38 – 0,45 эВ, что соответствует максимуму ТСТД №5. Из таблиц 1-3 видно хорошее совпадение энергий активации релаксационного процесса и энергии активации проводимости, последняя, как и ожидалось с учетом блочной структуры кристаллов, превышает первую на 10-12%.

Таблица 1. Энергия активации проводимости носителей заряда p-типа (Н+, Н3О+) и n-типа (ОН-) в чистых и легированных кристаллах

М раствора
HCl, моль/л
Гидросиликат магния Сульфат кальция
W1(OH-), эВ (максимум 5, ОН-) W2(H3O+), эВ
(максимум 1,
Н+, Н3О+)
W1(OH-), эВ
(максимум 5, ОН-)
W2(H3O+), эВ
(максимум 1, Н+, Н3О+)
0 0,39± 0,03 0,07 ± 0,01 0,45± 0,03 0,074± 0,01
4,93 0,41± 0,03 0,072 ± 0,01 0,49± 0,03 0,08± 0,01
8,45 0,45± 0,03 0,084 ± 0,01 0,51± 0,03 0,09± 0,01

Таблица 2. Энергия активации для кристаллов гидросиликата магния

№макс. Тм, К Ua, эВ
1 86 0,06±0,01
2 112 0,10±0,01
3 180 0,19±0,02
4 206 0,25±0,03
5 230 0,36±0,03
6 251 0,43±0,05
7 305 0,36±0,04

Таблица 3. Энергия активации для кристаллогидратов сульфата кальция

№макс. Тм, К Ua, эВ
1 92 0,06±0,01
2 120 0,11±0,01
3 180 0,24±0,02
4 209 0,36±0,03
5 230 0,41±0,04
6 245 0,51±0,06
7 305 0,38±0,04

Концентрация релаксаторов определялась из спектров ТСТД по зависимости силы тока от температуры I=f(T). Из таблицы 4 видно, что концентрация комплексов VL (вакансия+L-дефект) в сульфате меди в 6 раз больше, чем в сульфате кальция, хотя их проводимости совпадают.С другой стороны, концентрация комплексов VL в чистых мусковите и гидросиликате магния практически равна, но проводимость мусковита в 66 раз ниже, чем у гидросиликата магния (электропроводности γ (гидросиликата магния)=1,8·10-11 См/м и γ (мусковита)=2,7·10-13 См/м, что хорошо согласуется с данными справочника по электротехническим материалам / Под ред. Корицкого Ю.В., Пасынкова В.В., Тареева Б.М. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – Т.2. – 369 с). Как видно из таблицы 4 и фиг.4 и 5, основной вклад при низкой температуре дают дефекты Н3О+, то есть проводимость p-типа. Следовательно, комплексы VL дают весьма незначительный вклад в проводимость и ею можно пренебречь.

Таблица 4. Концентрация дефектов в чистых кристаллах

Тип кристалла n(Н3О+),1018, м-3 n(OH-),1019, м-3 n(VL),1020, м-3
CuSO4.5H2O 14.5 18.7 108
CaSO4.2H2O 6.0 15.5 18.1
Mg3[Si4O10][OH]2 1.29 8.35 5.4
KAl2[AlSi3O10][OH]2 0.1 4.73 6.1

На фиг. 4 и 5 видно два наклона на зависимости , что свидетельствует о наличии двух типов носителей заряда, причем при комнатной температуре превалирует проводимость n–типа для легированных кристаллов гидросульфата магния, составляющая величину порядка 10-8 - 10-7 См/м (фиг.4), а у сульфата кальция до 10-6 - 10-5 См/м (фиг.5) (Тимохин В.М. Механизм электропроводности изоляционных материалов судовых машин в агрессивной среде. Транспортное дело России. Спецвыпуск. Проблемы водного транспорта Российской Федерации. Москва, 2003. С.33-34).

При исследовании инфракрасных (ИК)-спектров пропускания на спектрофотометре UV-ViS-NiR Cary 5000 определена ширина запрещенной зоны Eg, рассчитанная по краю собственного поглощения методом линейной аппроксимации оптических спектров пропускания (Фиг.6) (Тимохин В.М. Гармаш В.М., Теджетов В.А. Инфракрасные спектры широкозонных кристаллов с протонной проводимостью // Современные проблемы науки и образования. – Электронный журнал. – Пенза: Издательский дом «Академия Естествознания». – 2013. – №3. –http://www.science-education.ru/109-9597). Для изученных кристаллов, например мусковита и флогопита, ширина запрещенной зоны оказалась равной 4,31 эВ, то есть исследованные кристаллы являются достаточно широкозонными. Следовательно, для этих кристаллов можно исключить переходы электронов из валентной зоны в зону проводимости при низких температурах, так как для этого потребуется температура несколько тысяч градусов.

Таким образом, протонная проводимость образуется при перемещении протонов между слоями кристаллической решетки за счет переориентации протонированных анионов (например, HSO4, HSiO4, HIO3 и др.), в результате чего увеличивается концентрация ориентационных дефектов H3O+и OH-, миграция которых осуществляется в противоположных направлениях за счет перескоков протонов по водородным связям между ионами кислорода, в результате чего создается избыточная концентрация протонов и протонных дефектов при легировании кристаллических материалов кислотами типа HCl, HI, HF (с преимущественной Н+и H3O+проводимостью, то есть p-типа) или щелочами типа NH4OH (с преимущественной ОН- проводимостью, то есть n-типа), а также определяется вид, концентрация и величина энергии активации релаксаторов.

Полученные результаты показывают реальное присутствие дефектов Н3О+и ОН- и протонов, участвующих в образовании n- и p-типов протонных полупроводников. Очевидно, что предложенный способ получения n- и p-типов протонных полупроводников может быть распространен на все сульфаты, иодаты, а также на большинство широко распространенных в природе кристаллов силикатов типа K(Mg,Fe)3[AlSi3O10](OH,F)2 (биотит), KLiFeAl[AlSi3O10](OH,F)2 (циннвальдит), лепидолит и др. Следовательно, предлагаемый способ позволяет создавать диэлектрические материалы с заданной протонной проводимостью.

Проведенные комплексные исследования открывают широкие возможности для исследования структуры сложных кристаллических решеток с динамическим разупорядочиванием отдельных групп ионов. Эти исследования позволили показать природу и механизм диэлектрической релаксации, транспорта и туннелирования протонов через наноструктуру ряда кристаллов с водородными связями при низких температурах, где показано, что чистой протонной проводимости, аналогичной электронной, не существует. Имеет место сильная корреляция между транспортом за счет прыжковой диффузии протонов посредством как термоактивационных, так и туннельных переходов через кристаллическую решетку и изменения ориентации протонированных анионов НSiO43-(силикаты), НSO4- (сульфаты) или НIO3 (иодаты, например лазерный кристалл иодата лития гексагональной модификации LiIO3). Эти группировки и участвуют в релаксационном процессе при температурах порядка 100 К при энергии активации 0.05 - 0.07 эВ. Далее происходит образование и разрушение ионных дефектов Н3О+и ОН- в сетке водородных связей, концентрация которых, а соответственно, и проводимость p - типа и n - типа может быть увеличена за счет примесей HCl, увеличивающей концентрацию протонов и ионов Н3О+(то есть создающей проводимость p–типа) или NH4OH, увеличивающей концентрацию ионов ОН- (то есть создающей проводимость n–типа). При температурах ниже 200 - 230 К, при которых происходит изменение наклона графика , характер электропроводности изменяется с термоактивационного (надбарьерного) на туннельный (подбарьерный) (Фиг.4, 5) (Тimokhin V.M. Tunnel Effect in Widezone Crystals with Proton Conductivity, Journal of Nano- and Electronic Physics, Vol.6, No 3, P. 03048, 2014). Измерив ТСТД материала, работавшего в агрессивной среде (например, кислотной, щелочной или минеральные удобрения и др.), можно определить, произошло обогащение материала протонами или иными дефектами или нет, и определить их концентрацию, то есть диагностировать качество изоляции или оптического кристалла.

По наклону графика удельной проводимости от обратной температуры, то есть по энергии активации, можно контролировать основной тип дефектов, отвечающих за проводимость (Н+, H3O+или ОН-), а по спектрам ТСТД-концентрацию и вид среды (кислотная или щелочная). Если тип дефектов в данном материале известен, достаточно измерить удельную электропроводность.

Эти исследования дали возможность разработать ряд новых диагностик и практических методов исследования туннельного эффекта и протонного транспорта в кристаллических материалах, например:

1.Тимохин В.М. Патент РФ №2347216. Способ определения температуры появления туннельного эффекта в диэлектриках и электроизоляционных материалах. – Опубл. 20.02.2009. Бюл. №5.

2. Тимохин В.М. Патент №2478199 РФ. Способ определения концентрации и вида релаксаторов в кристаллических материалах. /Тимохин В.М.; заявл. 08.06.2011; опубл. 27.03.2013, Бюл. №9.

Постоянно растущее энергопотребление и ограниченность запасов ископаемого топлива вынуждают многие развитые страны вести активный поиск альтернативных источников энергии. Высокотемпературные и низкотемпературные протонные проводники и полупроводники являются перспективными материалами для использования в топливных элементах, водородных датчиках и насосах, электролизерах. Применение данных материалов в топливных элементах позволяет осуществлять прямое преобразование химической энергии топлива в электрическую, минуя промежуточные стадии преобразования энергии топлива в тепловую и механическую энергии. Широкий диапазон рабочих температур твердых проводников и полупроводников n- и p-типов даст возможность их использования в качестве рабочего тела датчиков водорода и его изотопов, определяют перспективность их практического использования на объектах атомной энергетики при решении проблем обеспечения водородо-взрывобезопасности.

Способ получения n- и p-типов протонных полупроводников, заключающийся в определении вида дефектов, их количества и энергии активации за счёт измерения термостимулированных токов деполяризации и удельной электрической проводимости, отличающийся тем, что создаётся избыточная концентрация протонов и протонных дефектов при легировании кристаллических материалов кислотами типа HCl, HI, HF (с преимущественной Н+ и H3O+ проводимостью, то есть p-типа) или щелочами типа NH4OH (с преимущественной ОН- проводимостью, то есть n-типа) и определении вида, концентрации и величины энергии активации релаксаторов для более широкого набора кристаллических материалов, для чего образец термостатируется при определенной температуре, не превышающей температуру плавления, заполяризованный объект охлаждается без отключения электрического поля Еп до То = 77 К и поляризованное состояние «замораживается», затем электрическое поле отключается, образец замыкается на измерительный прибор и при нагревании происходит разрушение гетерозаряда, то есть появление токов термостимулированной деполяризации, заключающейся в появлении релаксационных максимумов, величина и смещение которых по шкале температуры позволяет определить вид полупроводника, концентрацию n- и p-типов носителей заряда и их энергию активации.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к исследованию свойств материалов с помощью электрических измерений и может быть использовано для неразрушающего контроля структуры изделий из алюминиевых сплавов.

Использование: для определения степени разупрочнения деталей из алюминиевых сплавов. Сущность изобретения заключается в том, что способ определения степени разупрочнения деталей из алюминиевых сплавов, сопровождающийся распадом твердого раствора в алюминиевых сплавах, включает определение удельной электропроводимости контролируемого материала на участке разупрочнения, дополнительно проводят на образцах-свидетелях (тамплетах) процессы термообработки, имитирующие условия, повлиявшие на разупрочнение деталей с последующим определением на тамплетах значения удельной электропроводимости; вытачивают из тамплетов образцы, на которых определяются механические характеристики по результатам испытаний на растяжение; строят графики зависимости механических характеристик образцов от удельной электропроводимости; определяют аппроксимирующие уравнения, по которым вычисляются граничные значения удельной электропроводимости, соответствующие допустимому нижнему значению механических свойств для каждой конкретной плавки и вида полуфабриката; сопоставляют значение удельной электропроводности на детали из алюминиевого сплава на участке разупрочнения с полученными расчетными значениями после имитационной термообработки.

В способе проведения исследования плоской кровли из мягких изоляционных материалов используется токопроводящий контур, приемник и источник сигнала. При этом контур представляет собой неизолированный многожильный медный провод, который выкладывают по периметру исследуемой поверхности, поверхность внутри контура увлажняют водой, изолируют воронки ливневой канализации и всевозможного оборудования с помощью кольца из неизолированного многожильного медного провода, расположенного вокруг воронки или оборудования, кольцо соединяется с контуром гибким изолированным проводом, к контуру подключается импульсный источник сигналов, вторая клемма подключается к заземлению здания, используют приемник с двумя зондами для определения, где проходит импульс от источника через место повреждения/дефект в гидроизоляционном слое к заземлению, приемник графически отображает 5-7 последних измерений в течение 16 секунд, по увеличению и/или уменьшению сигнала определяют направление движения к месту повреждения/дефекту, проверку места повреждения/дефекта проводят следующим образом: в место повреждения/дефект устанавливают один из зондов, а другим зондом на расстоянии 0,2-1,0 м выполняют измерение сигнала вокруг установленного в место повреждения/дефект зонда.

Изобретение относится к ремням или тросам с покрытием, используемым, например, в лифтовых системах, используемых для подвешивания лифта и/или приведения его в действие.

Предложение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для измерения глубины трещин на сложнопрофильных объектах с поверхностью переменной кривизны, например, при измерении глубины трещин, выходящих на поверхность лопаток паровых турбин.

Изобретение относится к области диагностики механического состояния конструкций, а именно к технике диагностики повреждения поверхности конструкций, и может быть использовано для мониторинга поверхностей объектов авиационной техники.

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для измерения скорости распространения фронта трещины в магистральном газопроводе при его испытании на протяженное разрушение.

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов, в том числе солнечных фотоэлектрических элементов (СФЭ). Сущность способа состоит в следующем.

Изобретение относится к области механической обработки металлов и может быть использовано на предприятиях машиностроения. Предлагается смазочно-охлаждающая жидкость, содержащая модификатор, отличающаяся тем, что в качестве модификатора использована полученная при действии ультразвука водная дисперсия многостенных углеродных нанотрубок, поверхность которых функционализирована четвертичной аммониевой солью, при следующем соотношении компонентов, масс.

Изобретение относится к способу получения увеличения октанового числа бензина на 2,5-3 пункта, заключающемуся в пропускании бензина через пористую основу. Способ характеризуется тем, что данная основа содержит в себе адсорбирующий материал из многослойных углеродных нанотрубок, при этом для достижения требуемого результата достаточно однократной очистки.

Изобретение относится к нанотехнологии. Сначала готовят суспензию, содержащую этиленгликоль в качестве жидкой дисперсионной среды и углеродный наноматериал, например графен, оксид графена, восстановленный оксид графена, однослойные углеродные нанотрубки, двухслойные углеродные нанотрубки, многослойные углеродные нанотрубки или их смеси, и обрабатывают её ультразвуком.

Изобретения относятся к химической промышленности и нанотехнологии. Сначала получают интеркалированный графит путем обработки кристаллического графита раствором персульфата аммония в серной кислоте и выдерживают его до расширения.

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении нанокомпозитов. Навеску анализируемых углеродных наночастиц: нанотрубок, нановолокон, астраленов, наноконусов/дисков, графена, оксида графена, после их поверхностной обработки диспергируют с помощью ультразвукового диспергатора в воде или органическом растворителе, являющемся растворителем для полимера, в который будут вводиться наночастицы.

Изобретения относятся к химической промышленности и нанотехнологии. Сначала порошок графита интеркалируют концентрированной серной кислотой, затем окисляют персульфатом аммония.
Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых наноматериалов. Способ получения нитевидных нанокристаллов Si (ННК) включает подготовку кремниевой пластины путем нанесения на ее поверхность нанодисперсных частиц катализатора с последующим помещением в ростовую печь, нагревом и осаждением кристаллизуемого вещества из газовой фазы по схеме пар → капельная жидкость → кристалл, при этом перед нанесением частиц катализатора и помещением подложки в ростовую печь на пластину Si наносят пленку Ti и анодируют длительностью от 5 до 90 мин в 1%-ном растворе NH4F в этиленгликоле, причем плотность анодного тока поддерживают в интервале от 5 до 20 мА/см2, а наночастицы катализатора на анодированную поверхность Ti наносят осаждением металла, выбираемого из ряда Ni, Ag, Pd, из 0,1 М раствора, имеющего общую формулу Me(NO3)x, где Me - Ni, Ag, Pd; х=1-2, в течение 1-2 мин при воздействии на раствор ультразвуком мощностью 60 Вт.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к газоразрядному модификатору углеродных наноматериалов барабанного типа, и может быть использовано для получения углеродных нономатериалов.

Изобретение предлагает способ изготовления светового преобразователя, включающего силоксановую полимерную матрицу с внедренными в нее наночастицами светового преобразователя, причем данный способ включает (a) смешивание (i) наночастиц светового преобразователя, у которых на внешнюю поверхность привиты прививаемые лиганды, и (ii) отверждаемых силоксановых полимеров, и (b) отверждение отверждаемых силоксановых полимеров, в результате чего получается световой преобразователь, причем прививаемые лиганды включают силоксановые прививаемые лиганды, содержащие x1 атомов Si основной цепи, причем по меньшей мере к одному атому Si основной цепи каждого силоксанового прививаемого лиганда присоединена боковая группа для прививки к наночастицам светового преобразователя, причем отверждаемые силоксановые полимеры содержат y1 атомов Si основной цепи и причем x1 составляет по меньшей мере 20, при этом y1 составляет по меньшей мере 2 и при этом x1/y1>1.

Изобретение относится к способам стабилизации препарата наночастиц. Способ стабилизации препарата наночастиц включает стадии: а) очистки композиции с получением очищенной композиции, где очищенная композиция содержит по меньшей мере одну наночастицу, находящуюся в жидком носителе, где наночастица содержит ядро, включающее парамагнитный металл, представляющий собой железо, и оболочку, присоединенную к ядру, где оболочка содержит совокупность лигандов, включающую фосфат, фосфонат или их комбинацию и содержащую полиэтиленгликолевую (PEG) функциональную группу; б) добавления некоторого количества совокупности лигандов к очищенной композиции с получением препарата, где по меньшей мере часть добавленного количества лигандов остается не присоединенной к ядру, при этом лиганды оболочки и лиганды, добавленные к очищенной композиции, являются структурно-идентичными; и в) стерилизации препарата посредством автоклавирования. 12 з.п. ф-лы, 2 ил., 10 пр., 1 табл.

Изобретение относится к нанотехнологиям. Способ получения n- и p-типов протонных полупроводников заключается в определении вида дефектов, их количества и энергии активации за счет измерения термостимулированных токов деполяризации и удельной электрической проводимости, при этом создается избыточная концентрация протонов и протонных дефектов при легировании кристаллических материалов кислотами типа HCl, HI, HF или щелочами типа NH4OH и определении вида, концентрации и величины энергии активации релаксаторов для более широкого набора кристаллических материалов, для чего образец термостатируется при определенной температуре, не превышающей температуру плавления, заполяризованный объект охлаждается без отключения электрического поля Еп до То77 К и поляризованное состояние замораживается. Затем электрическое поле отключается, образец замыкается на измерительный прибор и при нагревании происходит разрушение гетерозаряда, то есть появление токов термостимулированной деполяризации, заключающейся в появлении релаксационных максимумов, величина и смещение которых по шкале температуры позволяет определить вид полупроводника, концентрацию n- и p-типов носителей заряда и их энергию активации. Проведенные комплексные исследования позволили показать природу и механизм диэлектрической релаксации, транспорта и туннелирования протонов через наноструктуру ряда кристаллов с водородными связями при низких температурах, где показано, что чистой протонной проводимости, аналогичной электронной, не существует. Имеет место сильная корреляция между транспортом за счет прыжковой диффузии протонов посредством как термоактивационных, так и туннельных переходов через кристаллическую решетку и изменения ориентации протонированных анионов НSiO43-, НSO4- или НIO3. Широкий диапазон рабочих температур твердых проводников и полупроводников n- и p-типов дает возможность их использования в качестве рабочего тела датчиков водорода и его изотопов, определяет перспективность их практического использования на объектах атомной энергетики при решении проблем обеспечения взрывобезопасности. 6 ил., 4 табл.

Наверх