CC BY
5ВКВ0-2023- РАДИОФОТНИКА И ФИС
ОСОБЕННОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ИОННОГО ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ
ПРИ ПРОТОНИРОВАНИИ НИОБАТА ЛИТИЯ
*
Демин В.А., Петухов М.И. , Пономарев Р.С.
Пермский государственный национальный исследовательский университет, г. Пермь * E-mail: [email protected] DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-109-109
В работе представлены результаты теоретического исследования, посвященного динамике формирования ионного пограничного слоя в бензойной кислоте при протонировании кристалла ниобата лития. Как известно, такой процесс сопровождается термической диссоциацией молекул кислоты с появлением ионов водорода и бензоат-ионов. Ионы водорода имеют тенденцию проникать через межфазную поверхность вглубь кристалла и замещать собой ионы лития, принадлежащие кристаллической решетке [1,2]. Замещенным ионам лития наиболее выгодно двигаться в обратном направлении - в бензойную кислоту, в которой они спустя некоторое время после инжекции рекомбинируют с бензоат-ионами. Таким образом, в кислоте постепенно накапливается примесь бензоата лития. Математическая модель, используемая для описания поведения продуктов реакции замещения в бензойной кислоте, основана на уравнениях механики сплошных сред [3]. Она учитывает конвективный и диффузионный механизмы переноса примесей. Помимо этого модель учитывает рекомбинацию ионов противоположных знаков.
Рис. 1. Безразмерные значения концентрации в центре расчетной области в зависимости от времени (а); профили концентрации после выхода системы на стационарный режим (б): сплошные линии -концентрация бензоат-ионов, штриховые линии - концентрация лития; профиль электрического потенциала после выхода на стационарный режим (в)
Результаты решения позволяют сказать, что все возмущения, способные привести к концентрационной конвекции, очень быстро затухают. Асимптотически это приводит к однородности полей концентрации и электрического потенциала вдоль межфазной границы. Более того, рассматриваемая система выходит на стационарный режим за характерное время ~ 10-4 с (рис 1а). Согласно профилям концентрации, отвечающим данному режиму, бензоат-ионы образуют пограничный слой, толщина которого составляет ~ 410-7 м. В свою очередь ионы лития, обладающие большей подвижностью, имеют возможность отдаляться на значительно большее расстояние от кристалла и заполнять всю расчетную область (рис 16). Данные ионы удерживаются создаваемым за счет разности концентраций электрическим полем, вектор напряженности которого направлен в сторону ниобата лития. Характерная разность потенциалов, приходящаяся на пограничный слой составляет ~ 10-3 В (рис 1в).
Работа выполнена в рамках госзадания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (№ 121101300016-2).
Литература
1. Kuneva M. Int. Journal of Scientific Research in Science and Technology 2, 40-50 (2016)
2. Vohra S. T, et al, J. Appl. Phys. 66, 5161-5174 (1989)
3. Demin V.A., et al, Surface Engineering and Applied Electrochemistry 59, 321-328 (2023)
№6 2023 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2023»
