Розмиті релаксаційні спектри у діелектричних матеріалах

Юрій Михайлович Поплавко; Д. Д. Татарчук; Ю. В. Діденко; Дмитро Чипегін

doi:10.20535/S0021347022050016

Автор(и)

Юрій Михайлович Поплавко Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0000-0003-2012-4556
Д. Д. Татарчук Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського", Україна
Ю. В. Діденко Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського", Україна
Дмитро Чипегін Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського", Україна

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347022050016

Ключові слова:

діелектрична проникність, діелектрична спектроскопія, діелектричні спектри, діелектричні матеріали, релаксатор, осцилятор, розмиті спектри

Анотація

Дано обґрунтування релаксаторної моделі діелектричних спектрів, яке ґрунтується на припущенні Дебая про дисперсію діелектричної проникності. Згідно з цим припущенням електрична поляризація полярних комплексів запізнюється на високих частотах електричного поля, внаслідок чого діелектрична проникність зменшується, а коефіцієнт діелектричних втрат сягає максимуму. Далі буде запропоновано новий (не емпіричний, а модельний) підхід до опису розширених діелектричних спектрів релаксації, тому доцільно розпочати викладення матеріалу з обговорення суті елементарної моделі діелектричної релаксації. Для інтерпретації складних діелектричних спектрів, які часто мають місце при експериментальних дослідженнях, необхідний найпростіший опис фізичних явищ, які відбуваються в досліджуваних об'єктах.

Посилання

T. Teranishi, “Broadband spectroscopy of dielectrics and oxygen-ion conductors,” J. Ceram. Soc. Japan, vol. 125, no. 7, pp. 547–551, 2017, doi: https://doi.org/10.2109/jcersj2.17083.
Y. Poplavko, Dielectric Spectroscopy of Electronic Materials: Applied Physics of Dielectrics. Woodhead Publishing, 2021, uri: https://www.elsevier.com/books/dielectric-spectroscopy-of-electronic-materials/poplavko/978-0-12-823518-8.
Y. Poplavko, Electronic Materials: Principles and Applied Science. Elsevier, 2018, uri: https://www.elsevier.com/books/electronic-materials/poplavko/978-0-12-815255-3.
X. Li, M. Ahmadi, L. Collins, S. V. Kalinin, “Deconvolving distribution of relaxation times, resistances and inductance from electrochemical impedance spectroscopy via statistical model selection: Exploiting structural-sparsity regularization and data-driven parameter tuning,” Electrochim. Acta, vol. 313, pp. 570–583, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.05.010.
L. E. Helseth, “Modelling supercapacitors using a dynamic equivalent circuit with a distribution of relaxation times,” J. Energy Storage, vol. 25, p. 100912, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.est.2019.100912.
H. Wang, L. Yang, X. Zhang, M. H. Ang, “Permittivity, loss factor and Cole-Cole model of acrylic materials for dielectric elastomers,” Results Phys., vol. 29, p. 104781, 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.rinp.2021.104781.
Z. Li, H. Y. K. Lau, X. Chen, “Effects of variation of permittivity and the actuating voltage on the dynamic response of dielectric elastomer actuator,” in Electroactive Polymer Actuators and Devices (EAPAD) XXI, 2019, p. 19, doi: https://doi.org/10.1117/12.2514056.
D. Yang et al., “High efficiency planar-type perovskite solar cells with negligible hysteresis using EDTA-complexed SnO2,” Nat. Commun., vol. 9, no. 1, p. 3239, 2018, doi: https://doi.org/10.1038/s41467-018-05760-x.
K. S. Cole, R. H. Cole, “Dispersion and absorption in dielectrics I. Alternating current characteristics,” J. Chem. Phys., vol. 9, no. 4, pp. 341–351, 1941, doi: https://doi.org/10.1063/1.1750906.
C. Zou, L. Zhang, X. Hu, Z. Wang, T. Wik, M. Pecht, “A review of fractional-order techniques applied to lithium-ion batteries, lead-acid batteries, and supercapacitors,” J. Power Sources, vol. 390, pp. 286–296, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2018.04.033.
R. M. Fuoss, J. G. Kirkwood, “Electrical properties of solids. VIII. Dipole moments in polyvinyl chloride-diphenyl systems,” J. Am. Chem. Soc., vol. 63, no. 2, pp. 385–394, 1941, doi: https://doi.org/10.1021/ja01847a013.
D. W. Davidson, R. H. Cole, “Dielectric relaxation in glycerol, propylene glycol, and n‐propanol,” J. Chem. Phys., vol. 19, no. 12, pp. 1484–1490, 1951, doi: https://doi.org/10.1063/1.1748105.
S. Havriliak, S. Negami, “A complex plane representation of dielectric and mechanical relaxation processes in some polymers,” Polymer, vol. 8, pp. 161–210, 1967, doi: https://doi.org/10.1016/0032-3861(67)90021-3.
A. A. Khamzin, “Trap-controlled fractal diffusion model of the Havriliak-Negami dielectric relaxation,” J. Non-Crystalline Solids, vol. 524, p. 119636, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2019.119636.
H. Frohlich, Theory of Dielectrics: Dielectric Constant and Dielectric Loss. Oxford at the Clarendon Press, 1958, uri: https://www.amazon.com/Theory-Dielectrics-Dielectric-Monographs-Chemistry-dp-0198513038/dp/0198513038/ref=dp_ob_title_bk.
F. Kremer, A. Schönhals, Eds., Broadband Dielectric Spectroscopy. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2003, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-642-56120-7.
A. Prokopchuk, I. Zozulia, Y. Didenko, D. Tatarchuk, H. Heuer, Y. Poplavko, “Dielectric permittivity model for polymer–filler composite materials by the example of Ni- and graphite-filled composites for high-frequency absorbing coatings,” Coatings, vol. 11, no. 2, p. 172, 2021, doi: https://doi.org/10.3390/coatings11020172.