Аннотация: Данная работа представляет собой исследование электрофизических свойств наноматериалов. В частности, диэлектрической проницаемости и электропроводности веществ с вкраплениями ультрадисперсных алмазов.
Наноструктуры являются самыми перспективными материалами, обладающими уникальными свойствами, требуемыми во многих современных проектах. К примеру, нанотрубки являются удивительно прочными и, вместе с тем, очень лёгкими материалами. Например, в перспективе – разработка проекта космического лифта. Данный проект требует именно те свойства, которыми обладают нанотрубки, свёрнутые из слоёв графита в «рулоны».
Также интересны электрофизические свойства нанотрубок. Известно, что на конце иглы работа выхода гораздо меньше, чем на боковой поверхности иглы, т.е. Чтобы эмитировать электрон с конца иглы, нужно затратить гораздо меньше энергии. Таким образом, нанотрубки являются отличным материалом, т. к. можно изготавливать образцы с очень острым концом, где работа выхода будет мала.
Отдельный интерес представляют нанолуковицы, представляющие собой гигантские молекулы из углеродных соединений. В основном это фигура, напоминающая по структуре футбольный мяч, имеющая несколько или один слой. Академиками подтверждено, что вещества, состоящие из нанолуковиц, поглощают радиоволны в широком диапазоне. Это тоже имеет применение. Например, объекты, покрытые подобным веществом, становятся практически невидимыми для радаров.
Для начала наметим общий план:
1) Электрофизические свойства вещества.
2) Наноструктуры.
3) Электрофизические свойства наноструктур.
В любом веществе, помещённом в электрическом поле, составляющие его электрические заряды (электроны, атомные ядра) испытывают силы со стороны этого поля. В результате часть зарядов направленно перемещается, образуя электрический ток. Остальные же заряды перераспределяются так, что «центры тяжести» положительных и отрицательных зарядов смещаются друг относительно друга. В последнем случае говорят о поляризации вещества. В зависимости от того, какой из этих двух процессов — электропроводность или поляризация — преобладает, принято деление веществ на изоляторы (Д.) и проводники (металлы, электролиты, плазма). Электропроводность Д. по сравнению с металлами очень мала. Их удельное сопротивление r порядка 108—1017 Ом·см., а у металлов r ~ 10-6 — 10-4 Ом·см.
Различие между металлами и диэлектриками состоит в разности размещения электронов по энергетическим уровням. Каждый электрон находится на определённом энергетическом уровне, стремясь при этом занять уровень с наименьшей энергией. Между уровнями существуют запрещённые для электронов зоны, где они[электроны] оказаться не могут.
Таким образом, вся разница между металлами и диэлектриками состоит в том, как соотносятся местоположения запрещённых зон и уровней энергии. Дело в том, что для образования электрического тока требуется, чтобы часть электронов могла увеличивать свою энергию, т.е. могла «отрываться» от молекулы, атома.
В диэлектриках верхний энергетический уровень лежит на границе запрещённой зоны, что делает невозможным образование электрического тока. В металлах же верхний энергетический уровень лежит внутри разрешенной зоны, и к верхним уровням непосредственно примыкают свободные высокие энергетические уровни, что автоматически делает металл проводником. Что же касается полупроводников, то они находятся посередине между металлами и диэлектриками из-за узкой запрещённой зоны. Понятно, что пробой – переход электронов на более высокие уровни – происходит при определённом значении электрического поля.
Поляризация. Это то, о чем пойдёт речь далее. Механизмы поляризации могут быть различными. Зависят они от двух факторов: характера химической связи
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
