Аnalytical Investigating of Non-Linear Electrophysical Processes in Proton Semicoductors and Dielectrics

  • В.А. Калытка Karaganda State Technical University (Karaganda, Kazakhstan) Email: kalytka@mail.ru
DOI_disc_logo https://doi.org/10.14258/izvasu(2019)1-04
Keywords: hydrogen bonded crystals (HBC), proton semiconductors and dielectrics (PSCD), methods of the quasiclassical kinetic theory, generalized nonlinear kinetic equation of proton relaxation and proton conductivity, method of successive approximations

Abstract

This paper presents the investigation of the mechanism of nonlinear proton-relaxation polarization in hydrogen-bonded crystals (HBC), classified by their electrophysical properties as proton semiconductors and dielectrics (PSCD), by quasi-classical kinetic theory methods. The generalized kinetic equation that is nonlinear in the field and based on the continuity equation for proton flow is developed to describe the proton relaxation in HBC for a wide range of temperatures (1-1500 К) and electric field strengths (100 kV/m - 1000 MV/m). The proposed scheme (the model) allows to build numerical solutions of the generalized nonlinear Fokker - Planck equation together with the Poisson equation by using the method of successive approximations (at small dimensionless parameter). A scientific and practical significance of the received results consists in the applicability of this mathematical model (with respect to some experimental assumptions) to investigate the mechanism of ion-relaxation polarization and conductivity in heterogeneous dielectric materials (mica, ceramics, perovskites, KDP, DKDP, etc.) which is of high demand in various areas of modern industry. Further research goals are to promote the proposed methods as a theoretical basis for computer algorithms of numerical optimization and prediction of properties and parameters of functional elements and components of industrial equipment and systems working in wide ranges of fields and temperatures.

Downloads

Download data is not yet available.

Metrics

Metrics Loading ...

Author Biography

В.А. Калытка, Karaganda State Technical University (Karaganda, Kazakhstan)

кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры энергетических систем

References

Тонконогов М.П. Диэлектрическая спектроскопия кристаллов с водородными связями. Протонная релаксация // Успехи физических наук. 1998. Т. 168, №1.

Воротилов К.А., Мухортов В.М., Сигов А.С. Интегрированные сегнетоэлектрические устройства : монография / под ред. А.С. Сигова. М., 2011.

Струков Б.А., Леванюк А.П. Физические основы сегнетоэлектрических явлений в кристаллах. М., 1995.

Беспалов В.И., Бредихин В.И., Ершов В.П., Кацман В.И., Киселева Н.В., Кузнецов С.П. Оптические свойства кристаллов KDP и DKDP, выращенных с большой скоростью // Квантовая электроника. 1982. Т. 9, №11.

Антонова А.М., Воробьев А.В., Ляликов Б.А. К выбору материалов для нетрадиционной тепловой изоляции оборудования ТЭС и АЭС // Энергетика: экология, надежность, безопасность : материалы XIV Всероссийской научно-технической конференции. Томск, 2008.

Demin A., Denyushkina L.A. Proceedings on International Symposium on Solid Oxide Fuel Cells. 1997. 2-5 June. Aachen, Germany. Pennington, NG, USA.

Li P., Ducheyne P., Biomed J. Mater. Res., V. 41. 1998.

Groot K. de, Wolke J.G.C., Jansen J.A. J. Eng. Med. V. 212. 1998.

Kobayashi T., Ohgaki M., Nakamura S., Yamashita K. Bioceramics. V. 12. 1999.

Прасолов Б.Н., Сафонова И.А. Влияние скорости и направления прохождения фазового перехода второго рода на диэлектрические потери в кристаллах ТГС // Известия АН СССР. Серия: Физика. 1993. Т. 57.

Яценко О.Б., Чудотворцев И.Г., Стеханова Ж.Д., Миловидова С.Д., Рогазинская О.В. Плотность и содержание воды в кристаллах триглицинсульфата // Вестник Воронежского гос. ун-та. Серия: Химия. Биология. Фармация. 2006. № 2.

Рогазинская О.В., Миловидова С.Д., Сидоркин А.С., Чернышев В.В., Бабичева Н.Г. Свойства нанопористого оксида алюминия с включениями триглицинсульфата и сегнетовой соли // Физика твердого тела. 2009. Т. 51, №7.

Kaneko Y., Nishitani Y., Tanaka H., Ueda M., Kato Y., Tokumitsu E., Fujii E. // J. Appl. Phys. 110, 084106 (2011).

Yoon S.M., Yang S., Park S.H.K. // J. Electrochem. 158, H892 (2011).

Калытка В.А., Коровкин М.В. Протонная проводимость : монография. LAP LAMBERT Academic Publishing, 2015. URL: http://www.lap-publishing.com.

Калытка В.А., Коровкин М.В. Квантовые эффекты при протонной релаксации в области низких температур // Известия вузов. Физика. 2016. Т. 59, № 7.

Калытка В.А., Никонова Т.Ю. Нелинейные электрофизические свойства протонных полупроводников и диэлектриков // Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП 2016) : материалы XIII Международной научно-практической конференции. Т. 2: Электронно-физическая секция. Новосибирск, 2016

Калытка В.А., Баймуханов З.К., Алиферов А.И., Мехтиев А.Д. Зонная структура энергетического спектра и волновые функции протона в диэлектриках с протонной проводимостью // Доклады Академии наук высшей школы Российской Федерации. 2017. № 2 (35). DOI: 10.17212/17272769-2017-2-18-31.

Калытка В.А., Коровкин М.В. Дисперсионные соотношения для протонной релаксации в твердых диэлектриках // Известия вузов. Физика. 2016. Т. 59, № 12.

Калытка В.А., Баймуханов З.К., Мехтиев А.Д. Нелинейные эффекты при поляризации диэлектриков со сложной кристаллической структурой // Доклады Академии наук высшей школы Российской Федерации. 2016. № 3 (32). DOI: 10.17212/1727-2769-2016-3-7-21.

Кулагин И.А., Ганеев Р.А., Тугушев Р.И., Ряснянский А.И., Усманов Т. Компоненты тензора нелинейных восприимчивостей третьего порядка нелинейно-оптических кристаллов KDP, DKDP и LiNbO3 // Квантовая электроника. 2004. Т. 34, № 7. 3

Белоненко М.Б. Особенности нелинейной динамики лазерного импульса в фоторефрактивном сегнетоэлектрике с водородными связями // Квантовая электроника. 1998. Т. 25, № 3.

Анненков Ю.М., Калытка В.А., Коровкин М.В. Квантовые эффекты при миграционной поляризации в нанометровых слоях протонных полупроводников и диэлектриков при сверхнизких температурах // Известия вузов. Физика. 2015. Т. 58, № 1.

Калытка В.А., Коровкин М.В., Мехтиев А.Д., Алькина А.Д. Детальный анализ нелинейных диэлектрических потерь в протонных полупроводниках и диэлектриках // Вестник Московского гос. областного ун-та. Серия: Физика-математика. 2017. №4. DOI: 10.18384-2310-72512017-4-39-54.

Kalytka V.A., Korovkin M.V., Aliferov A.I., Bashirov A.V., Talaspekov D.R. The scheme of numerical optimization of the parameters of electrophysical processings in heterogeneuos solid elements // Вестник Карагандинского университета. Серия: Физика. 2018. № 2(90)/2018.

Калытка В.А., Коровкин М.В., Мехтиев А.Д., Юрченко А.В. Нелинейные поляризационные эффекты в диэлектриках с водородными связями // Известия вузов. Физика. 2018. Т. 61, № 4.

Калытка В.А. Нелинейные кинетические явления при поляризации твёрдых диэлектриков // Вестник Московского гос. областного ун-та. Серия: Физика-математика. 2018. №2. DOI: 10.18384/2310-7251-2018-2-61-75.

Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Курс теоретической физики. М., 1976. Т. 5. Статистическая физика.

Reijers R., Haije W. Literature review on high temperature proton conducting materials // Energy research Centre of the Netherlands. 2008.

Glockner R., Neiman A., Larring Y., Norby T. Protons in Sr3 (Sr1+xNb2-x)O9-15x perovskite // Solid State Ionics. 1999. V. 125.

Ziegler J.F., Biersack J.P., Ziegler M.D., SRIM. The Stopping and Range of Ions in Matter. 2012.

Анненков Ю.М., Ивашутенко А.С., Власов И.В., Кабышев А.В. Электрические свойства корундо-циркониевой керамики // Известия Томского политехнического ун-та. 2005. Т. 308, № 7.

Кытин В.Г., Кульбачинский В.А., Кондратьева Д.Ю., Павликов А.В., Григорьев А.Н., Манкевич А.С., Корсаков И.Е. Прыжковый перенос дырок в керамических образцах CuCrO2, легированного магнием // Ученые записки физического факультета Московского университета. 2018. №1.

Khang V.C., Korovkin, M.V., Ananyeva L.G. 20th International Scientific Symposium of Students, Postgraduates and Young Scientists on Problems of Geology and Subsurface Development IOP Conference Series-Earth and Environmental Science. 2016. V. 43.

Левин А.А., Долин С.П., Зайцев А.Р. Распределение заряда, поляризация и свойства сегнетоэлектриков типа KH2PO4 (KDP) // Химическая физика. 1996. Т. 15.

Лебедев Н.Г., Белоненко М.Б. Строение и электронная структура сегнетоэлектриков KDP-типа // Вестник Волгоградского государственного университета. Серия: Математика, физика. 1997. № 2.
Published
2019-03-06
How to Cite
Калытка В. Аnalytical Investigating of Non-Linear Electrophysical Processes in Proton Semicoductors and Dielectrics // Izvestiya of Altai State University, 2019, № 1(105). P. 34-38 DOI: 10.14258/izvasu(2019)1-04. URL: https://izvestiya.asu.ru/article/view/%282019%291-04.
Issue
No 1(105) (2019): Izvestiya of Altai State University
Section
Физика

Izvestiya of Altai State University is a golden publisher, as we allow self-archiving, but most importantly we are fully transparent about your rights.

Authors may present and discuss their findings ahead of publication: at biological or scientific conferences, on preprint servers, in public databases, and in blogs, wikis, tweets, and other informal communication channels.

Izvestiya of Altai State University allows authors to deposit manuscripts (currently under review or those for intended submission to Izvestiya of Altai State University) in non-commercial, pre-print servers such as ArXiv.

Authors who publish with this journal agree to the following terms:

  1. Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License (CC BY 4.0) that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.
  2. Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.
  3. Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).