Релаксаційні процеси та подвійні електричні шари на межі поділу електрод - рідкий діелектрик

З параметрів, які входять у вирази (11) та (12), з умов розмірності отримаємо

. (13)

Таблиця 5. Параметри, які характеризують перенос носіїв заряду крізь межу поділу електрод - рідина та низькочастотні релаксаційні процеси

У табл.5 наведено величину _ТТ для досліджуваних рідин. Відмітимо, що величина _ТТ становить сотні секунд, що само по собі є важливим результатом. Саме ж співвідношення (13) дає можливість оцінити час релаксації, величина якого близька до експериментальних даних лише для речовин з малою провідністю.

У п'ятому розділі дисертації розглянуто низькочастотний релаксаційний процес, зумовлений дипольною поляризацією молекул у приелектродній області. Такий релаксаційний процес спостерігається тільки у планарно орієнтованих РК.

Аналіз частотних залежностей показав, що дисперсія та для всіх фаз РК, крім смектичних, описується рівнянням Дебая (співвідношенням (9) за умови, що =0). Для смектичних фаз дисперсія та описується співвідношенням (9). Експериментальні результати показали, що час релаксації _D становить десяті долі - одиниці секунди (табл.6). Як і _Т, величина _D обернено пропорційна до . Характерною особливістю цього процесу є пропорційність величини _D до товщини зразка.

Досліджуваний релаксаційний процес також характеризується великими значеннями і . Із цього факту було зроблено висновок, що цей процес відбувається в приелектродному шарі. Для розрахунку товщини шару lP зроблено припущення, що релаксаційні процеси відбуваються біля кожного електрода. В такому випадку lР = d /2_s. Величина lP, як і інші параметри, наведено в табл.6. Із неї випливає, що величина lP становить десятки - сотні нанометрів і практично збігається з дебаївською товщиною екранування lD. Отже, аналіз параметрів такого релаксаційного процесу дозволяє оцінити величину lD , що для РК є досить важливим, оскільки не існує ефективних методів визначення величини n.

На рис.4 наведено температурну залежність _P для 8ЦБ. Важливо відмітити, що релаксаційний процес відбувається і в ізотропній фазі. Такі дані є ще одним підтвердженням висновку , що у приелектродній області РК навіть в ізотропній фазі зберігається часткове упорядкування молекул.

Таблиця 6. Параметри, що характеризують низькочастотний релаксаційний процес, зумовлений дипольною поляризацією

Для встановлення механізму низькочастотного релаксаційного процесу важливо було з'ясувати, чи змінюється орієнтація молекул у приелектродному шарі. Виявилось, що при тривалій дії постійного та змінного електричного поля у початковому стані прозорий зразок 5ЦБ починав розсіювати світло. Пропускання світла таким зразком можна було змінювати при дії змінного електричного поля (поверхневий динамічний ефект Фредерікса). Причому частотні залежності глибини модуляції світла та збігаються. Оскільки електрооптичні ефекти в РК зумовлені зміною орієнтації молекул, то з цього факту випливає, що досліджуваний релаксаційний процес теж зумовлений поворотом молекул під дією поля.

Найбільш імовірно, що цей релаксаційний процес зумовлено дипольною поляризацією молекул приелектродного шару. Розглянемо такий процес теоретично. Нехай зовнішнє електричне поле призводить до повороту дипольних моментів молекул на певний кут . Результатом такого повороту буде дипольна поляризація, яка призводить до виникнення напрямленого проти зовнішнього поля електричного поля ЕDP. При вимкненому зовнішньому полі молекули будуть повертатися до положення рівноваги. Динаміка такого процесу описується балансом моментів сил деполяризації і пружних сил та протидіючого цьому процесу момента сил тертя (за наявності в'язкості). Якщо в напрямі нормалі до електрода вибрати вісь х, то рівняння динаміки буде

, (14)

де РР - дипольний момент одиниці об'єму рідини, ЕР - електричне поле деполяризації у приелектродному шарі, К - модуль пружності Франка. Важливо відзначити, що поле деполяризації ЕР у приелектродному шарі не дорівнює ЕDP. Причиною цього є те, що поворот диполів призводить до виникнення струму, який з умови неперервності повинен бути однаковим по всьому зразку. Тому поле деполяризації перерозподіляється між приелектродною та об'ємними частинами зразка. Якщо взяти до уваги, що у приелектродній області струм визначається поворотом диполів, а в об'ємнй частині - переносом іонів і диполі відхиляються на малий кут, отримаємо вираз

. (15)

Для більшості досліджених зразків товщина становила десятки мікрометрів. Тому PP²d/2lP. Для таких товщин РК рівняння динаміки має вигляд:

. (16)

У цьому випадку основною протидією для переходу в рівноважний стан є не сила тертя, а електричний опір об'ємної частини РК. Рівняння (16) не відрізняється від рівнянь, які описують динаміку електрооптичних ефектів. Тому було використано відомі розв'язки, враховуючи, що релаксаційний процес відбувається у шарі товщиною lP. Тоді

, (17)

де nP = 0, 1, 2, … . Співвідношення (17) відображає основні закономірності релаксаційного процесу - пропорційність _PT до товщини d та питомого опору 1/.

З динаміки електрооптичних ефектів відомо, що найбільші зміни відбуваються при nP =0. Оскільки досліджуваний релаксаційний процес відповідає малим змінам , то саме такій умові відповідає дипольна поляризація молекул приелектродної області. Приймаючи, що nP =0, була оцінена величина PP (у табл. 6). Для 5ЦБ PP = 1,210^-3 Кл/м². Враховуючи, що дипольний момент молекул 5ЦБ дорівнює 4,9 Дебая, було оцінено, що при спонтанній поляризації PС =4,010^-2 Кл/м².

У більшості опублікованих робіт вважають, що завдяки димеризації усереднений по об'єму дипольний момент молекули РК рівний нулю. Але це в більшій мірі стосується об'ємних властивостей рідини. У приелектродному шарі міжмолекулярна диполь-дипольна взаємодія “модулюється” поверхневими силами. Це і призводить до того, що не скомпенсований димеризацією дипольний момент молекул відмінний від нуля (для 5ЦБ він становить одну тридцяту дипольного момента ізольованої молекули).

Екпериментальні дані показали, що величина _D пропорційна енергії зчеплення W. Тому описаний релаксаційний процес можна розглядати як один із методів оцінки величини W.

Для підтвердження запропонованої моделі дипольної поляризації важливо було перевірити, як співвідноситься струм, зумовлений дипольною поляризацією, зі струмами провідності та зміщення. Для цього досліджували електричні властивості СЕРК. Експериментально було показано, що при переході в смектичні фази значення _АС збільшувалось більш ніж у 30 разів, в той час як _DС зменшувалась. За наявності дипольної поляризації ємність, як одна з компонент еквівалентної схеми зразка, є функцією напруги, а отже, і часу. На основі аналізу струму зміщення показано, що за наявності лінійної за часом компоненти ємності із загального струму виділяється складова, яка за фазою збігається з прикладеною напругою. Для напруги, яка лінійно змінюється за часом, такій складовій ємності відповідає квадратичний за полем член поляризації.

У шостому розділі дисертаціїї розглянуто низькочастотну діелектричну релаксацію, зумовлену іонною міграційною поляризацією, а також структуру та параметри ПЕШ на межі поділу електрод - РК та ізотропні діелектричні рідини.

Екпериментальні дослідження показали, що релаксаційний процес, зумовлений міграційною поляризацією, найбільш чітко спостерігається у гомеотропно орієнтованих РК. Він також описується дисперсією Коул - Коула (співвідношення (9)), але зі значно більшим значенням параметра _Т (для досліджених речовин значення _Т перевищувало 0,4). У випадку гомеотропно орієнтованих РК час релаксації _Т більше ніж на порядок перевищував час релаксації, зумовлений переносом заряду. Ще однією особливістю релаксаційного процесу, зумовленого міграційною іонною поляризацією, є рівність енергій активації температурної залежності питомого опору та _Т.

Для аналізу причини “розмитого” часу релаксації було проведено феноменологічний аналіз процесу. Отримано диференціальне рівняння, яким можна описати дрейф іонів після вимкнення електричного поля. Оскільки кожний з іонів при встановленні стаціонарного процесу переміщується на різну відстань, то таке рівняння має “розмиті” граничні умови. Це і зумовлює суттєву дисперсію часів релаксації.

У дисертаційній роботі проаналізовано параметри ПЕШ до і після прикладання електричного поля. При дослідженні адсорбції та товщинної залежності було отримано, що товщина дифузійної частини ПЕШ становить мікрометри, а щільної частини - десятки нанометрів. Постійне або низькочастотне електричне поле призводить до суттєвої зміни параметрів ПЕШ. У такому випадку за товщину дифузійної частини ПЕШ можна взяти dd або lT. Параметри щільної частини ПЕШ визначали за допомогою аналізу вольт-фарадних (ВФХ) характеристик. Оскільки у роботі досліджено контакт речовин з різним типом провідності, то отримати омічні електроди було неможливо. Тому застосовували різні методи зміни параметрів ПЕШ. Для ЛРК з домішками поліметинового барвника (ПМ) це було досягнуто дією постійного електричного поля напругою 6 В протягом 1 години.

В результаті такої дії ємність зразків стала залежати від величини та полярності прикладеної напруги. На рис.5 наведено ВФХ ЛРК+0,11 мас.% ПМ при різних . Видно, що спостерігаються лінійні ділянки. Це дало можливість визначити параметри області просторового заряду (ОПЗ). Але навіть при найнижчих частотах (менших за 1,510^-3 Гц) зі збільшенням С^-2(U)- характеристика зміщується вгору. Зсув ВФХ пояснено впливом послідовного опору зразка RS. У такому випадку величина зсуву С^-2(U) пов'язана з та RS співвідношенням

, (18)

що дає можливість оцінити R_S. Знайдено, що R_S =2,8 Мом, що набагато більше за опір об'єму зразка (200 Ом). Зроблено припущення, що послідовний опір зумовлено бар'єром, який “включено” в прямому напрямі. За допомогою (18) знайдено ВФХ для =0 (крива 3) та оцінено висоту бар'єра _СV , товщину ОПЗ l_CV та концентрацію іонізованих центрів n_CV. Отримані дані наведено в табл.7.

Таблиця 7. Параметри щільної частини ПЕШ на межі поділу електрод - діелектрична рідина, отримані з аналізу низькочастотних ВФХ

В табл.7 також наведено дані: для розчину ZLI4803+2 мас.% Б₂ (різні за параметрами ПЕШ були отримані за рахунок використання різних електродів); для гліцерину (різні за параметрами ПЕШ були отримані шляхом дії низькочастотного електричного поля при температурі 5060 С). Видно, що величина _СV знаходиться в межах 0,14-0,5 В. Причому для розчину ZLI4803+2 мас.% Б₂ ці дані досить добре корелюють з величиною _В. Величина l_CV становить десяті долі - одиниці нанометрів.

Слід особливо звернути увагу на величину n_СV, яка на 5-6 порядків перевищує концентрацію іонів в об'ємі зразка (для гліцерину показано, що кожна тридцята молекула в ОПЗ є іонізованою). Це підтверджує модель, що електродна поляризація зумовлена накопиченням заряду у приелектродній області саме за рахунок обміну зарядів.

Висновки

Показано, що однією з основних особливостей сольватації іонів в об'ємі РК та ізотропних діелектричних рідин є участь у цьому процесі нейтральних молекул домішок, поляризаційна здатність яких вища, ніж у молекул матриці. Експериментально це підтверджується нелінійною залежністю діелектричної проникності від концентрації таких молекул та наявністю максимуму в концентраційній залежності параметрів, які характеризують приелектродні процеси. У випадку РК радіально асиметрична будова сольватної оболонки зменшує анізотропію рухливості носіїв заряду.

Експериментально показано, що в анізотропних та ізотропних рідинах через малу ефективність генераційно-рекомбінаційних процесів адсорбцію іонів і сольватованих молекул на поверхні електродів можна досліджувати одночасним аналізом кінетики провідності та діелектричної проникності, починаючи від моменту заповнення комірки речовиною. Знайдено, що концентрація адсорбованих іонів пропорційна провідності рідини і не залежить від матеріалу електродів. Визначено особливості дослідження адсорбції іонів у анізотропних рідинах при планарній та гомеотропній орієнтації молекул. На основі отриманих даних запропоновано механізм адсорбції іонів на поверхні електродів, який включає два етапи: перерозподіл заряду за рахунок дії сил дзеркального зображення та остаточний розподіл зарядів за рахунок міграційно-дифузійних потоків. Підтвердженням участі дифузійних явищ у процесах адсорбції є приблизно однакові часи термодифузії та зміни провідності і діелектричної проникності, а також немонотонна залежність провідності від товщини комірки.

Вперше показано, що молекули сольватних оболонок суттєво обмежують окислювально- відновлювальні процеси на межі поділу електрод - РК. Тому для їх забезпечення постійне або низькочастотне електричне поле у зразку буде неоднорідним. Перерозподіл поля експериментально встановлено на основі аналізу залежності напруги поляризації від прикладеної напруги. Експериментально показано, що при напругах менших, ніж одиниці вольт, електричне поле зосереджене у приелектродних шарах.

Встановлено, що обмін електронів у приелектродній області досліджуваних рідин відбувається за механізмом емісії Шотткі крізь тонкий діелектричний шар. Такий шар формується із нейтральних молекул, які містяться в сольватній оболонці адсорбованих на поверхні електрода іонів. Експериментально отримано, що товщина шару, який обмежує перенос електронів, становить одиниці - десятки нанометрів і оцінено, що висота бар'єра для переносу електронів становить 0,4-1 В і в більшій мірі залежить від орієнтації молекул РК, ніж від роботи виходу електронів з електрода.

Для пояснення наявності стаціонарного струму у досліджуваних рідинах уперше запропоновано й апробовано модель неперервного обміну зарядів між іонами та електродами за рахунок зміни знаку заряду цих іонів. Оскільки кількість молекул, які можуть віддати електрон, набагато менша, ніж кількість вільних електронів електрода, то бар'єр для переносу заряду в основному зосереджений біля анода і зумовлений іонізацією нейтральних молекул (колишніх аніонів) з подальшим перетворенням їх у катіони.

Вперше показано, що основною причиною електродної поляризації у РК та ізотропних діелектричних рідинах при напругах, менших за одиниці вольт, є не міграційна іонна поляризація, а накопичення іонів внаслідок обміну електронів. Такій поляризації відповідає переважно низькочастотний релаксаційний процес, зумовлений нейтралізацією накопичених іонів після вимкнення електричного поля. На основі рівнянь неперервності та Пуассона з урахуванням закону, що характеризує перенос електронів, отримано систему нелінійних диференціальних рівнянь. Якісний та кількісний аналіз розв'язків такої системи підтверджує основні закономірності релаксаційного процесу: пропорційність часу релаксації питомому опору та дисперсія часу релаксації.

У планарно орієнтованих РК вперше знайдено новий тип низькочастотного релаксаційного процесу. Експериментально показано, що він зумовлений зміною орієнтації нескомпенсованих димеризацією диполів молекул у приелектродному шарі, товщина якої дорівнює дебаївській товщині екранування. На основі аналізу динаміки дипольної поляризації отримано вираз для оцінки часу релаксації. Він описує основні закономірності - пропорційність часу релаксації товщині зразка та питомому опору рідини і дозволяє оцінити величину дипольного момента молекул приелектродного шару.

Експериментально знайдено, що при переході в смектичні фази дипольна поляризація молекул в об'ємі СЕРК призводить до різкого збільшення (більше ніж у 30 разів) величини провідності на змінному струмі, в той час як провідність на постійному струмі при цьому зменшується. Теоретично проаналізовано таке явище на основі розкладання нелінійної ємності в ряд за часом. Показано, що при наявності лінійної за часом компоненти ємності із загального струму виділяється складова, яка за фазою збігається з фазою прикладеної напруги (тобто є активною складовою струму). Такій компоненті ємності відповідає квадратична за полем складова поляризації.

Вперше запропоновано метод дослідження щільної області ПЕШ на основі аналізу ВФХ за умови формування різних за властивостями приелектродних областей біля кожного електрода. Запропоновано та апробовано методи створення різних за параметрами ПЕШ. Визначено параметри щільної частини ПЕШ. Показано, що висота бар'єра корелює з даними, отриманими на основі аналізу обміну зарядів у приелектродній області, а концентрація іонізованих під дією електричного поля центрів в ОПЗ бар'єра на кілька порядків вища, ніж концентрація іонів в об'ємі рідини.

Список публікацій за темою дисертації

Курик М.В., Ковальчук А.В., Лаврентович О.Д., Серган В.В. Электрооптический эффект в диспергированных каплях нематика // УФЖ.-1987.- Т.32, № 8.- С.1211-1213.

Ковальчук А.В., Лаврентович О.Д., Линев В.А. Электрофизические свойства -облученных холестерических жидких кристаллов. - Киев, 1987. - 32 с. - (Препр./АН УССР. Ин-т ядерных исследований; №15).

Ковальчук А.В., Лаврентович О.Д., Серган В.В. Ориентация осесимметричных капель нематика электрическим полем // Письма в ЖТФ.- 1988.- Т.14, №3.- С.197-202.

Ковальчук А.В., Лаврентович О.Д., Линев В.А. Электропроводность -облученных холестерических жидких кристаллов // Письма в ЖТФ.- 1988.- Т.14, №9.- С.854-858.

Ковальчук А.В., Курик М.В., Лаврентович О.Д., Серган В.В. Структурные превращения в каплях нематика во внешнем электрическом поле // ЖЭТФ.-1988.- Т.94, №5.- С.350-364.

Ковальчук А.В., Курик М.В., Лаврентович О.Д. Капсулированные нематические жидкие кристаллы: новый класс устройств отображения информации // Зарубежная радиоэлектроника.-1989.- №5.- С.44-58.

Ковальчук А.В., Лаврентович О.Д., Серган В.В. Кинетика электрооптических эффектов в каплях нематика с различной структурой // Письма в ЖТФ.- 1989.- Т.15, №13.- С.78-82.

Белоцкий Е.Д., Ковальчук А.В., Лаврентович О.Д., Лев Б.И., Серган В.В. Низкочастотные взаимопревращения структуры капель нематика в постоянном электрическом поле // УФЖ.-1990.- Т.35, № 6.- С.888-895.

Koval'chuk A.V., Kurik M.V., Lavrentovich O.D., Sergan V.V. Electrooptical effects in the polymer dispersed nematic liquid crystals: response times // Mol. Cryst. Liq. Cryst.- 1990.-V.193.- P.217-221.

Bodnar V.G., Koval'chuk A.V., Lavrentovich O.D., Pergamenshchik V.M., Sergan V.V. Threshold of structural transition in nematic drops with normal boundary conditions in AC electric field // SPIE Proc. - 1991.- N1455.- P.61-72.

Ковальчук О.В. Низькочастотна та інфранизькочастотна діелектрична спектроскопія межі поділу рідкий кристал - тверде тіло. Шари ковзання // УФЖ.-1996.-Т.41, № 10.-С.991-998.

Ковальчук О.В. Низькочастотна та інфранизькочастотна діелектрична спектроскопія межі поділу рідкий кристал - тверде тіло. Шари Гуї // УФЖ.-1996.- Т.41, №11-12.- С.1093-1097.

Koval'chuk A.V. Relacation process and structure of electric double layers at the liguid crystal - solid substrate interface // SPIE Proc.- 1996.- N2795.- P.114-120.

Koval'chuk A.V. Low-frequency spectroscopy as an investigation method of the electrode-liquid interface // Functional Materials.-1998.-V.5, N3.- P.426-430.

Koval'chuk A.V. Generation of charge carriers and formation of antisymmetric double electric layers in glycerine // J.Chem.Phys.-1998.-V.108, N19.- P.8190-8194.

Kovalchuk O.V., Reshetnjak V.Yu., Yarmolenko V.V., Yaroshchuk O.V. Low frequency relaxation processes in a PDLC film // Mol. Cryst. Liq. Cryst.- 1999.-V.331.- P.627-634.

Nazarenko V. G., Pergamenshchik V. M., Koval'chuk O. V., Nych A. B., Lev B. I. Non-Debye screening of a surface charge and a bulk-ion-controlled anchoring transition in a nematic liquid crystal // Phys.Rev.E.-1999.- V.60, N 5.- P.5580-5584.

Ковальчук О.В. Перенос носіїв заряду та релаксаційні процеси в приповерхневих шарах імерсійного масла // УФЖ.-1999.- T. 44, № 11.- C.1376-1379.

Ковальчук О.В. Вплив матеріалу електрода на приелектродні релаксаційні процеси в шарах ізотропних рідин // Науковий вісник ВДУ. Фізичні науки.-1999.- №14.- С.90-98.

Ковальчук А.В. Механизм обмена заряда на границе жидкий кристалл - электрод // Письма в ЖЭТФ.- 2000.-Т.72, №7.- С.542-546.

Miniewicz A., Komorovska K., Koval'chuk O.V., Vanchanen J., Sworakowski J. and Kurik M.V. Studies of photorefractive properties of a novel dye-doped nematic liquid crystal system // Adv. Mater.Opt.Electron.-2000.-V.10, N2.- Р.55-67.

Ковальчук А.В. Поверхностный динамический эффект Фредерикса // Письма в ЖТФ.-2000.- Т.26, №13.- С. 41-45.

Ковальчук А.В. Контролируемая процессами адсорбции и десорбции ионов низкочастотная диэлектрическая релаксация в 5ЦБ // Письма в ЖТФ.- 2000.- Т.26, №19.- С. 1-5.

Yaroshchuk O.V., Koval'chuk O.V., Zakrevska S.S. Electrooptical and dielectric properties of liquid crystal-aerosil-photopolymer mixture // Functional Materials.-2000.-V.7, N4.- P.732-736.

Nazarenko V. G., Pergamenshchik V. M., Koval'chuk O. V., Lev B. I. Non-Debye charge screening adsorbed-ion-anchoring transition in a nematic liquid crystal // Mol. Cryst. Liq. Cryst.- 2000.-V.352.- P.1-8.

Kovalchuk O. V. DC сurrents in dye-doped liquid crystals // Mol. Cryst. Liq. Cryst.- 2001.-V.361.- P.157-163.

Ковальчук А.В. Механизм поверхностного динамического эффекта Фредерикса // Письма в ЖТФ.- 2001.- Т.27, №5.- С.61-65.

Ковальчук О.В. Механізм перенесення носіїв заряду у приповерхневих шарах імерсійного масла із слабо- та сильнодисоціюючими домішками // УФЖ.-2001.- T.46, № 3.- C.316-320.

Ковальчук О.В., Кузнецов М.В. Діелектричні властивості полімерно-стабілізованих рідких кристалів з домішками ізотропних рідин різної провідності // УФЖ.- 2001.- T.46, № 9.- C. 926-930.

Koval'chuk A.V. Relaxation processes and charge transport across liquid crystal - electrode interface // J. Phys.: Condens. Matter.-2001.- V.13, N24.- P.10333-10345.

Koval'chuk A.V. Near-electrode adsorption in isotropic dielectric liquids and liquid crystals: study method, experimental results, the model // Functional Materials.- 2001.-V.8, N3.- P.543-547.

Koval'chuk A.V. Low-frequecy dielectric relaxation at the tunnel charge transfer across the liquid/electrode interface // Functional Materials.- 2001.- V.8, N4.- P.690-693.

Ковальчук О.В., Півненко М.М. "Аномальна" високочастотна провідність рідких кристалів в смектичних фазах // УФЖ.- 2002.- T. 47, № 2.- C.154-159.

Волинець М.В., Клімушева Г.В., Ковальчук О.В., Яценко Л.П., Мірная Т.А., Худовцова Л.С., Іщенко О.О. Електричні властивості металоорганічних смектиків А // УФЖ.- 2002.- T. 47, № 4.- C.365-368.

Klimusheva G., Koval'chuk A., Volynets N., Vakhnin A. Electrooptical properties of metal organic ionic liquid crystal // Opto-Electron. Rev.- 2002.- V.10, N1.- P.39-42.

Ковальчук О.В. Вплив наявності різних іонів на електропровідність води та приелектродні релаксаційні процеси в ній // УФЖ.- 2002.- T. 47, № 5. - C.464-468.

Шевчук О.Ф., Найко Д.А., Півненко М.М., Ковальчук О.В. Вплив сильнодисоціюючої домішки на "аномальну" високочастотну провідність смектичних фаз // УФЖ.-2002. - T. 47, № 5.- C.464-468.

Ковальчук А.В., Кутуля Л.А., Федоряко А.П., Попова Е.В. Низкочастотные релаксационные процессы в планарно ориентированном сегнетоэлектрическом жидком кристалле // ЖФХ.- 2002.- T. 76, № 11.- C.1972-1975.

Ковальчук О.В., Шевчук О.Ф. Особливості нелінійних електричних властивостей сегнетоелектричних рідких кристалів з слабо- та сильнодисоціюючими домішками // Наукові записки Вінницького державного педагогічного університету. Серія: фізика і математика.- 2002.- №1.- C.440-453.

Kravchuk R., Koval'chuk O., Yaroshchuk O. Filling initiated ion transport processes in liquid crystal cell // Mol. Cryst. Liq. Cryst.- 2002.-V.385.- P.111-119.

Shevchuk A.F., Naiko D.A., Koval'chuk A.V. Surface and bulk relaxation modes in ferroelectric liquid crystals // Proc.of the XI Intern. Symp. "Advanced Display Technologies", Crimea, Ukraine, 2002.- P.178-185.

Klimusheva G., Koval'chuk A., Kozlenko A., Bugaychuk S., Yatsenko L., Mirnaja T., Ishchenko A. Dye-doped ionic lyotropic liquid crystals: electrooptical properties // SPIE Proc.- 2003.- N5257.- P.91-96.

Klimusheva G.V, Koval'chuk A.V. Electric properties of metal-organic lyotropic liquid crystal // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics.- 2003.-V.6, N2.- P.259-263.

Koval'chuk A.V., Shevchuk A.F., Naiko D.A. Pivnenko M.N. Low-frequency dielectric spectroscopy of ferroelectric liquid crystals: near-electrode and bulk processes // Functional Materials.-2003.-V.10, N3.- P.412-418.

Анотація

Ковальчук О.В. Релаксаційні процеси та подвійні електричні шари на межі поділу електрод - рідкий діелектрик. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.15 - фізика молекулярних та рідких кристалів. - Інститут фізики НАН України, 2004.

Вперше проведено комплексний аналіз процесів на межі поділу електрод - рідкий кристал. Показано, що саме молекули з більшою поляризаційною здатністю створюють сольватні оболонки навколо іонів. За наявності сольватних оболонок іони притягуються до поверхні електрода переважно за рахунок дії сил дзеркального зображення. Показано, що перенос електронів відбувається завдяки емісії Шотткі крізь тонкий діелектричний шар.У планарно орієнтованих рідких кристалах з ненульовим дипольним моментом знайдено низькочастотний релаксаційний процес, зумовлений дипольною поляризацією молекул у приелектродній області, товщина якої дорівнює дебаївській товщині екранування. Визначено параметри подвійних електричних шарів при відсутності та наявності електричного поля.

Ключові слова: рідкі кристали, діелектричні рідини, релаксаційні процеси, межа поділу, сольватація, десорбція і адсорбція, перенос носіїв заряду, дипольна поляризація, циклічна вольтамперометрія.

Summary

Kovalchuk O.V. Relaxation processes and double electric layers at the "electrode - liquid dielectric" interface. - Manuscript.

Thesis for the Doctor degree in Physics and Mathematics by speciality 01.04.15 - Physics of Molecular and Liquid Crystals. - Institute of Physics of the NAS of Ukraine, Kyiv, 2004.

For the first time, a complex analysis of the processes running at the "electrode - liquid crystals" interface is carried out. We have shown that it is molecules with higher polarization ability that form solvate shells around ions. In the presence of solvate shells, ions are attracted to the electrode surface mainly due to the image forces. It is shown that the electron transfer occurs due to the Shottky emission through a thin dielectric layer. In planar-oriented liquid crystals with non-zero dipole moment, a low-frequency relaxation process caused by the dipole polarization of molecules in the near-electrode region, whose depth is equal to the Debye shielding length is found. The parameters of the double electric layers in the presence and without an electric field are determined.

Key words: liquid crystals, dielectric liquids, relaxation process, interface, solvation, desorption and adsorption, charge transfer, dipole polarization, cyclic volt-amperometry.

Аннотация

Впервые показано, что адсорбированные нейтральные молекулы блокируют окислительно-восстановительные процессы, что приводит к неоднородному распределению приложенного постоянного или низкочастотного поля. Установлено, что процесс переноса электронов в приэлектродной области диэлектрических жидкостей описывается теорией эмиссии Шоттки через тонкий диэлектрический слой. Показано, что основным механизмом электродной поляризации в диэлектрических жидкостях является накопление заряда в приэлектродной области за счет обмена электронов между электродом и ионами.

В планарно ориентированных жидких кристаллах с ненулевым дипольным моментом обнаружен низкочастотный релаксационный процесс, обусловленный дипольной поляризацией молекул в приэлектродной области, толщина которой равна дебаевской толщине экранирования. Найдены параметры двойных электрических слоев на границе раздела электрод - диэлектрическая жидкость при наличии и отсутствии электрического поля.

Ключевые слова: жидкие кристаллы, диэлектрические жидкости, релаксационные процессы, граница раздела, сольватация, десорбция и адсорбция, перенос носителей заряда, дипольная поляризация, циклическая вольтамперометрия.

Размещено на Allbest.ru