Поверхностная проводимость

Поверхностная проводимость — это дополнительная проводимость электролита вблизи заряженных интерфейсов. ^[1] Поверхностная и объемная проводимость жидкостей соответствуют электрически обусловленному движению ионов в электрическом поле . Вблизи интерфейса существует слой противоионов противоположной полярности относительно поверхностного заряда. Он образуется за счет притяжения противоионов поверхностными зарядами . Этот слой с более высокой концентрацией ионов является частью двойного интерфейсного слоя . Концентрация ионов в этом слое выше по сравнению с ионной силой объема жидкости. Это приводит к более высокой электропроводности этого слоя.

Смолуховский был первым, кто осознал важность поверхностной проводимости в начале 20-го века. ^[2]

Подробное описание поверхностной проводимости дано Лайклемой в «Основах науки о границах раздела и коллоидах» ^[3].

Двойной слой (DL) состоит из двух областей, согласно хорошо известной модели Гуи-Чепмена-Штерна. ^[1] Верхний уровень, который находится в контакте с основной массой жидкости, является диффузным слоем . Внутренний слой, который находится в контакте с интерфейсом, является слоем Штерна .

Возможно, что боковое движение ионов в обеих частях ДЛ способствует поверхностной проводимости.

Вклад слоя Штерна описан хуже. Его часто называют «дополнительной поверхностной проводимостью». ^[4]

Теория поверхностной проводимости диффузной части DL была разработана Бикерманом. ^[5] Он вывел простое уравнение, связывающее поверхностную проводимость κ ^σ с поведением ионов на границе раздела. Для симметричного электролита и при условии одинаковых коэффициентов диффузии ионов D ⁺ =D ⁻ =D оно приведено в ссылке: ^[1]

${\displaystyle {\kappa }^{\sigma }={\frac {4F^{2}Cz^{2}D(1+3m/z^{2})}{RT\kappa }}\left(\cosh {\frac {zF\zeta }{2RT}}-1\right)}$

где

F — постоянная Фарадея

T — абсолютная температура

R — газовая постоянная

C – концентрация ионов в объеме жидкости

z — валентность иона

ζ — электрокинетический потенциал

Параметр m характеризует вклад электроосмоса в движение ионов внутри ДС:

${\displaystyle m={\frac {2\varepsilon _{0}\varepsilon _{m}R^{2}T^{2}}{3\eta F^{2}D}}}$

Число Духина — безразмерный параметр, характеризующий вклад поверхностной проводимости в различные электрокинетические явления , такие как электрофорез и электроакустические явления . ^[6] Этот параметр, а следовательно, и поверхностная проводимость могут быть рассчитаны из электрофоретической подвижности с использованием соответствующей теории. Электрофоретический прибор фирмы Malvern и электроакустический прибор фирмы Dispersion Technology содержат программное обеспечение для проведения таких расчетов.

Смотрите также

• Интерфейс и коллоидная наука

Наука о поверхности

Поверхностная проводимость может относиться к электрической проводимости через твердую поверхность, измеренной поверхностными зондами. Эксперименты могут быть проведены для проверки этого свойства материала, как в поверхностной проводимости n-типа p-типа . ^[7] Кроме того, поверхностная проводимость измеряется в связанных явлениях, таких как фотопроводимость , например, для металл-оксид-полупроводника ZnO . ^[8] Поверхностная проводимость отличается от объемной проводимости по аналогичным причинам в случае раствора электролита, где носители заряда дырок (+1) и электронов (-1) играют роль ионов в растворе.

Ссылки

1. ISO International Standard 13099, Части 1, 2 и 3, «Коллоидные системы. Методы определения дзета-потенциала», (2012)
2. М. фон Смолуховский, Physik, Z., 6, 529 (1905)
3. Lyklema, J. "Основы науки о границах раздела и коллоидах", т. 2, Academic Press, 1995
4. Духин, С.С. и Дерягин, Б.В. «Электрокинетические явления», John Wiley and Sons, Нью-Йорк (1974)
5. Бикерман, JJZPhysik.Chem. A163, 378, 1933
6. Духин, А.С. и Гетц, П.Дж. Характеристика жидкостей, нано- и микрочастиц и пористых тел с использованием ультразвука , Elsevier, 2017 ISBN  978-0-444-63908-0
7. Brown, WL (1 июля 1953 г.). "Поверхностная проводимость n-типа на германии p-типа". Physical Review . 91 (3). Американское физическое общество (APS): 518–527. Bibcode : 1953PhRv...91..518B. doi : 10.1103/physrev.91.518. ISSN  0031-899X.
8. Шапира, Y.; Кокс, SM; Лихтман, Дэвид (1976). «Измерения хемосорбции, фотодесорбции и проводимости на поверхностях ZnO». Surface Science . 54 (1). Elsevier BV: 43–59. Bibcode :1976SurSc..54...43S. doi :10.1016/0039-6028(76)90086-8. ISSN  0039-6028.