Материал: Презентация УФЭ (10)
Функциональная электроника
Хемотронные устройства 1. Диффузионные хемотронные устройства
Для получения несимметричной вольт-амперной характеристики и реализации выпрямительного эффекта в ячейке можно использовать ячейки с электродами разной площади. Простейший вариант – сферическая ячейка, представляющая собой два концентрических сферических электрода радиусами 0, 0, ( 0 > 0), между которыми находится электролит.
Вольт-амперная характеристика сферической ячейки для случая существенного превышения концентрации одного активного компонента над другим имеет следующий вид
= 200
21
Функциональная электроника
Хемотронные устройства 1. Диффузионные хемотронные устройства
Для получения выпрямительного эффекта можно использовать ячейку с электродами одинаковой площади, нарушив симметрию с помощью диффузионного барьера, разделяющего общий объем ячейки на две секции и затрудняющий диффузию ионов из одной секции в другую.
В качестве диффузионного барьера можно использовать пористую перегородку или сплошную перегородку с капилляром. При диффузионном потоке ионов − через барьер по обе его стороны устанавливаются разные значения концентраций
∆ = , где коэффициент называют постоянной диффузионного барьера. Если диффузионный барьер разбивает
плоскую электрохимическую ячейку на две
неравные секции длиной и , причем, то вольт-амперная характеристика может быть представлена в форме
Предельные токи при > 0 и < 0 различны, и коэффициент выпрямления такой |
||
ячейки равен 1 + 2 . При прямом токе концентрация в малой секции резко |
|
|
|
|
|
возрастает, и предельный ток велик. При обратном токе концентрация в малой |
|
|
|
22 |
|
секции убывает практически до нуля, и предельный ток мал. |
||
|
||
Функциональная электроника
Хемотронные устройства 1. Диффузионные хемотронные устройства
Электрохимический диод
Электрохимический диод представляет собой двухэлектродную ячейку, заполненную электролитом, в который входит окисленная и восстановленная формы вещества. Электроды – инертны. Они образуют с электролитом обратимую окислительно-восстановительную систему.
При подаче напряжения на электроды протекают электрохимические реакции анодного окисления и катодного восстановления.
Через электролит протекает ионный ток. Ионный ток на поверхности электрода переходит в электронный ток. Валентность подошедших к электродам ионов меняется. На аноде ионы теряют электроны и окисляются, а на катоде получают электроны и восстанавливаются. Сами электроды в реакции не принимают участия.
1 – платиновый электрод с выводом 2, второй электрод 3 – платиновая сетка, свернутая в цилиндр и соединенная с выводом 4. Площадь второго электрода во много раз больше площади первого.
Образование участка с ОДС связано с выпадением кристаллов йода в прианодной области (электролит – 23 водный раствор йодида калия)
Функциональная электроника
Хемотронные устройства 1. Диффузионные хемотронные устройства
Электрохимический транзистор
В триоде два электрода 1 и 2 из платины образуют щель, играющую роль диффузионного барьера, препятствующего перемешиванию раствора в щели и в общем объеме. Электрод 3 – ртутный.
Электролитом является водный раствор и 4.
Электрод 1 назван эмиттером, электрод 2 – коллектором, а 3 – базой.
При напряжении между эмиттером и базой порядка 0,4 В ионы 2+ окисляются на эмиттере до 3+, а на коллекторе восстанавливаются до 2+.
Величина выходного тока, проходящего через эмиттер, определяется концентрацией ионов 2+ около коллектора, а концентрация 2+ зависит от напряжения между коллектором и базой, т. е. от входного напряжения вх.
Транзистор подобен биполярному транзистору типа − − и работает на низких частотах меньше 1 Гц.
24
Функциональная электроника
Хемотронные устройства 1. Диффузионные хемотронные устройства
Датчик давления
Принцип действия концентрационных датчиков давления основан на преобразовании механического давления в движение электролита относительно электрода, на котором протекает электрохимическая реакция. Ток через электрод, обтекаемый электролитом, больше, чем ток через электрод, находящийся в неподвижном электролите, поскольку в первом случае движение ионов обусловлено не только диффузией, но и конвекцией.
Гибкие мембраны 1 закрывают торцы цилиндрической электрохимической ячейки. Внутренний объем ячейки разделен выступами корпуса 2 на две камеры I и II, и в канале между камерами размещен катод 3 с отверстием, через которое электролит может перетекать из одной камеры в другую. Внутри камер размещены аноды 4. Ячейка заполнена водным и спиртовым раствором йодид-трийодида. Обычно концентрация восстановленной формы электролита существенно превышает концентрацию окисленной формы.
Под влиянием внешнего давления на мембрану раствор перетекает через отверстие в катоде из одной камеры в другую. Благодаря этому диффузия ионов 3− к катоду возрастает за счет искусственной конвекции и ток во внешней цепи вых увеличивается. Выходной ток пропорционален скорости протекания электролита и,
следовательно, величине приложенного давления. |
25 |
|