АНАЛІЗ ЗАСТОСУВАННЯ ТЕОРІЇ ДОГОНАДЗЕ-КУЗНЄЦОВА-ЛЕВИЧА ПРИ ДОСЛІДЖЕННІ ЕЛЕМЕНТАРНОГО АКТУ RED|OX ПРОЦЕСУ НА МІЖФАЗНІЙ МЕЖІ ТВЕРДЕ ТІЛО-ЕЛЕКТРОЛІТ

Abstract

Метою даної роботи було узагальнення теорії Догонадзе-Кузнецова-Левича для розрахунку окислювально-відновлювальних процесів на міжфазній межі діелектрик-елетроліт та, на основі проведених розрахунків, обґрунтувати можливість виникнення поверхневої провідності діелектрика у сольових розтопах. Показано, що перехід поверхневого шару діелектрика в провідний стан полягає у виникненні перерозподілу електронної густини між адсорбентом і адсорбатом, що приводить до відповідних змін величини енергії Фермі електронів поверхні електроду так і енергій граничних молекулярних орбіталей ЕАК. Домінантою цього ефекту є вирівнювання рівнів енергії Фермі матеріалу катода й енергій НВМО ЕАК. Встановлено, що для того, щоб окислювально-відновний процес на твердому тілі проходив активно необхідно, щоб рівень Фермі був розташований усередині зони провідності або валентної зони, причому занурення рівня Фермі на відстань рівну чи більшу, ніж 4kT в зону приводить до того, що поверхня твердого тіла проявляє електрохімічну функцію аналогічно металу (металізується), при цьому ширина забороненої зони може бути великою. Виявлено, що змінити положення рівня Фермі щодо країв зони провідності й валентної зони можна зовнішнім електричним полем, направленим перпендикулярно поверхні твердого тіла чи поляризуючою дією молекули або іона, адсорбованого на поверхні твердого тіла. Зовнішнє електричне поле приводить до нахилу енергетичних рівнів у твердому тілі, внаслідок цього виникає поверхневий потенціал, тобто загин зон на поверхні. Знак зовнішнього електричного поля визначає напрямок вигину енергетичних зон. При цьому, якщо тверде тіло використовується як катод, тобто до твердого тіло прикладена катодна перенапруга, то зони вигинаються вниз, що приводить до наближення рівня Фермі до нижнього краю зони провідності й одночасному віддаленню від верхньої межі валентної зони. Відповідно при анодній перенапрузі ситуація змінюється на протилежну. Зовнішнє електричне поле не змінює ширину забороненої зони й положення рівня Фермі. Катодна перенапруга, прикладена до поверхні, приводить до наближення рівня Фермі до краю зони провідності на поверхні кристала, але не змінює ширину забороненої зони (приблизно 5,5 еВ). При високих катодних перенапругах рівень Фермі може наблизитися до мінімуму зони провідності, що приведе до виродження електронного газу, а саме тверде тіло (діелектрик) почне проявляти електрохімічну функцію аналогічно металу. Неоднорідність електричного поля приводить до того, що енергетичні рівні на поверхні твердого тіла вигинаються по-різному, що приводить до зміни ширини забороненої зони й відстані від рівня Фермі до межі зони провідності або валентної зони. При цьому характер поляризації поверхні залежить як від адсорбованого іона, так і від самого твердого тіла. Таким чином, один і той же іон може по-різному поляризувати поверхню твердого тіла.