125
Глава 2. Суперионные проводники
2.1. Открытие и классификация суперионных проводников
Суперионными проводниками (сокращённо СИП) называют материалы,
обладающие высокой подвижностью ионов, связанной с малой высотой потенциальных
барьеров. Хотя название появилось относительно недавно – в середине прошлого века,
само явление было открыто почти 200 лет назад М.Фарадеем в 1838 году. После многих
удачных опытов по пропусканию электрического тока через растворы электролитов,
Фарадей задумался над природой
электропроводности твёрдых тел. Поскольку
рассуждал он в рамках законов электролиза, то полагал, что переносчиками тока могут
быть заряженные ионы, как в жидкостях. А потому исследовал соединения, состоящие
из разноимённо заряженных ионов. Среди многих исследованных веществ, обладающих
типичной проводимостью ~ 10
-8
Sm/cm и достигающей ~ 10
-5
Sm/cm в точке плавления,
он обнаружил два – Ag
2
S и PbF, проводимость которых составляла ~ 2 - 400 Sm/cm
вдали от температуры плавления. Оказалось, что природа проводимости этих
материалов действительно отвечала его предположениям. Правда, количество заряда,
перенесённого через Ag
2
S оказалось значительно больше, чем могло перенести
выделившееся количество серебра… Но это Фарадей зачислил в загадки природы.
Итак, как следует из опытов Фарадея, один из ионов, входящих в химическую
формулу СИП, оказывается способен к переносу заряда. Это означает существование
некого «остова», не участвующего в переносе. Действительно, если бы это было не
так,
то при пропускании тока наблюдался бы обычный электролиз, как в жидкостях.
По характеру остова СИП обычно подразделяют на следующие виды [1].
1.
СИП с кристаллическим остовом.
2.
Аморфные или стеклообразные СИП
3. Полимерные СИП.
Разберём устройство этих материалов подробнее.
2.2. СИП с кристаллическим каркасом.
Важнейшие представители этого класса материалов перечислены в Таблице 1.2.
Ионами, переносчиками заряда являются Li
+
, Ag
+
, Cu
+
, O
2-
, F
-
и H
+
(протон). Хорошо
видно, что все подвижные ионы достраивают свою внешнюю электронную оболочку до