Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Файлы

Авдеева Д.К., Вылегжанин О.Н., Грехов И.С., Казаков В.Ю., Ким В.Л., Клубович И.А., Рыбалка С.А., Садовников Ю.Г., Юхин Ю.М.

Статья в формате PDF

138 KB

Переход «электронная - ионная проводимость» формируется в хлор-серебряных электродах, которые получили применение в различных областях приборостроения: медицинском для съема поверхностных биопотенциалов человека; геофизическом для измерения постоянных электрических полей земли; аналитическом приборостроении в качестве электродов сравнения. Основные параметры электродов следующие: дрейф электродного потенциала на постоянном токе; собственный шум электродов в различных частотных диапазонах; импеданс электрода; напряжение поляризации. Электрические параметры перехода зависят от технологии его изготовления, а также от качества применяемых материалов.

При повышении разрешающей способности средства измерения снижается пороговое значение и уменьшается значение минимальной измеряемой величины. По этой причине во всем мире высокие требования предъявляются к электрическим параметрам электронных компонентов, интегральных микросхем и создаются новые либо совершенствуются существующие технологии их изготовления.

Первичные преобразователи также должны совершенствоваться, так как их шумы аддитивно суммируются с собственным шумом измерительной аппаратуры и снижают пороги средств измерений. Измерение шумовой электрической активности перехода «электронная-ионная проводимость» является актуальной задачей, так как существующие приборы могут измерить только суммарные шумы перехода и измерительной аппаратуры, которые значительно превышают шумы перехода.

Нами разработана и прошла успешно испытания в Госстандарте РФ установка для проверки хлор-серебряных электродов автоматизированная УПЭ-2, в которой с помощью специально разработанной информационно-измерительной технологии можно оценивать собственные шумы перехода значением порядка единиц нановольт с точностью не менее ±10%.

Это позволяет сравнивать переходы, изготовленные с помощью различных технологий, с целью оценки их качества.

Для сравнения были изготовлены три электродные ячейки, представляющие систему «электрод-электролит-электрод»: «ЭЯ₁»-пара одноразовых хлор-серебряных электродов итальянского производства, выполненных по традиционной технологии путем нанесения чувствительного слоя Ag-AgCl на подложку; ЭЯ₂- пара хлор-серебряных электродов, выполненных на базе пористой керамики производства Томского политехнического университета, Россия; ЭЯ₃- пара наноэлектродов, выполненных с применением современных нанотехнологий, производства Томского политехнического университета, Россия.

На основании проведенных экспериментальных исследований получено следующее:

• Наименьший дрейф на постоянном токе имеют наноэлектроды ЭЯ₃, который составил 0,001 мкВ/с, который меньше на порядок дрейфа электродных ячеек ЭЯ₁ и ЭЯ₂, наибольший дрейф имеют электроды итальянского производства.
• Размах собственных шумов электродных ячеек в различных частотных диапазонах равен:

1. (0,01-1)Гц - ЭЯ₁ - ±50нВ; ЭЯ₂ - ±6нВ; ЭЯ₃ - ±5нВ;
2. (0,05-75)Гц - ЭЯ₁ - ±300нВ; ЭЯ₂ - ±60нВ; ЭЯ₃ - ±35нВ;
3. (1-500)Гц - ЭЯ₁ - ±420нВ; ЭЯ₂ - ±120нВ; ЭЯ₃ - ±80нВ;

• среднее значение импеданса электродов при разных токах и частотах - I=0,1 мкА; 1 мкА; 10мкА; частоты - 0,01 Гц; 0,05 Гц; 0,15 Гц; 1 Гц; 2 Гц; 75 Гц; 10000 Гц равно - сопротивление электродной ячейка ЭЯ₁ составляет 1500 Ом; сопротивление электродной ячейки ЭЯ₂ составляет 800 Ом; сопротивление ячейки ЭЯ₃ составляет 300 Ом.
• напряжение поляризации в зависимости от величины протекающего постоянного тока - 0,1мкА; 0,5 мкА; 1 мкА; 2 мкА; 3 мкА; 5 мкА; 10 мкА равно - у ЭЯ₁ напряжение поляризации изменяется от (- 1,5 мВ) до (-31,18 мВ); у ЭЯ₂ от (-2,5мВ) до (-12,88 мВ); у ЭЯ₃ напряжение поляризации изменяется от (- 0,24 мВ) до (-8мВ). При изменении тока до 0,5 мкА электродная ячейка ЭЯ₃, выполненная на основе нанотехнологий, не поляризуется.

Как видно, из полученных результатов наиболее высокие характеристики имеет переход, созданный на основе нанотехнологий. Наноэлектроды имеют наименьший дрейф электродного потенциала, уровень собственных шумов, импеданс и практически не поляризуются под воздействием постоянного тока.

По этой причине наноэлектроды являются наиболее перспективными для широкого применения в различных областях приборостроения: медицинском, геофизическом и аналитическом.

Данная работа проводилась в рамках проекта РФФИ № 08-08-99069 «Разработка научных основ формирования малошумящего высокостабильного неполяризующегося перехода «электронная - ионная проводимость» на базе пористой керамики».

Работа представлена на научную международную конференцию «Фундаментальные и прикладные исследования в медицине», Китай (Пекин), 26 ноября - 4 декабря 2008 г. Поступила в редакцию 17.10.2008.

Библиографическая ссылка