167. Ковальчук Олександр Васильович. Релаксаційні процеси та подвійні електричні шари на межі поділу електрод - рідкий діелектрик: дис... д-ра фіз.-мат. наук: 01.04.15 / НАН України; Інститут фізики. - К., 2004.
Анотація до роботи:
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.
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.
Публікації автора:
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., 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 g-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.
