ЭЛЕКТРОЛИ́ТЫ ТВЁРДЫЕ

ЭЛЕКТРОЛИ́ТЫ ТВЁРДЫЕ, твёр­дые ве­ще­ст­ва с вы­со­кой ион­ной про­во­ди­мо­стью (σ_i>10^–2–10^–1 См·м^–1), обу­слов­лен­ной дви­же­ни­ем ио­нов од­но­го зна­ка. Э. т. име­ют низ­кие энер­гии ак­ти­ва­ции про­во­ди­мо­сти (Е_a<0,5 эВ), элек­трон­ная со­став­ляю­щая об­щей про­во­ди­мо­сти Э. т. на неск. по­ряд­ков мень­ше σ_i, ко­эф­фи­ци­ен­ты диф­фу­зии под­виж­ных ио­нов 10^–9–10^–10 м²·с^–1. Макс. ион­ная про­во­ди­мость Э. т. дос­ти­га­ет ве­ли­чин по­ряд­ка 10 См·м^–1 (т. н. су­пер­ион­ные про­вод­ни­ки, су­пер­ио­ни­ки) в раз­ных диа­па­зо­нах темп-р (в т. ч. при не­вы­со­ких и да­же ком­нат­ных темп-рах – 20–22 °C) и обес­пе­чи­ва­ет­ся пе­ре­но­сом од­но- и двух­за­ряд­ных ка­тио­нов [напр., Ag⁺ в RbAg₄I₅, Li⁺ в Li₃Sc₂(PO₄)₃, Na⁺ в Na₃Sc₂(PO₄)₃, Pb²⁺ в Pb-βʺ-Al₂O₃] или анио­нов [F^– в PbSnF₄, Cl^– в CsSnCl₃, O^2– в 0,85ZrO²–0,15Y₂O₃, S^2– в BaNd₂S₄] ли­бо ком­плекс­ных анио­нов [WO₄^2- в Sc₂(WO₄)₃].

Вы­де­ля­ют неск. ти­пов Э. т. К пер­во­му от­но­сят­ся ион­ные кри­стал­лы с собств. струк­тур­ным ра­зу­по­ря­до­че­ни­ем, при­чём в ра­зу­по­ря­до­чен­ной кри­стал­лич. под­ре­шёт­ке чис­ло энер­ге­ти­че­ски эк­ви­ва­лент­ных (или близ­ких) кри­стал­ло­гра­фич. по­зи­ций в эле­мен­тар­ной ячей­ке пре­вы­ша­ет чис­ло по­тен­ци­аль­но под­виж­ных ио­нов. При ус­ло­вии ма­лых зна­чений энер­гий ра­зу­по­ря­до­че­ния ио­нов по по­зи­ци­ям и низ­ких по­тен­ци­аль­ных барь­е­ров ме­ж­ду со­сед­ни­ми по­зи­ция­ми про­ис­хо­дит ста­ти­стич. рас­пре­де­ле­ние мо­биль­ных ио­нов по «раз­ре­шён­ным» ре­шё­точ­ным по­зи­ци­ям (ква­зи­рас­п­лав­лен­ная под­ре­шёт­ка). При на­ли­чии ка­на­лов (напр., в Li₂Ti₃O₇), сло­ёв (Na–β-Al₂O₃) или трёх­мер­ной связ­ной сет­ки ка­на­лов [Li₃Sc₂(PO₄)₃] для дви­же­ния ио­нов про­во­ди­мость бу­дет иметь со­от­вет­ст­вен­но од­но-, двух- или трёх­мер­ный ха­рак­тер. Дру­гой тип Э. т. – с при­мес­ной ра­зу­по­ря­до­чен­но­стью – пред­став­ля­ют ве­ще­ст­ва, вы­со­кая ион­ная про­во­ди­мость ко­то­рых обу­слов­ле­на боль­шой кон­цен­тра­ци­ей ге­те­ро­ва­лент­ных при­мес­ных ио­нов, при­во­дя­щих к ра­зу­по­ря­до­че­нию струк­ту­ры. Воз­ни­каю­щий при этом де­фи­цит (или из­бы­ток) за­ря­да ком­пен­си­ру­ет­ся об­ра­зо­ва­ни­ем де­фек­тов про­ти­во­по­лож­но­го зна­ка. При­ме­ра­ми ки­сло­род-ион­ных при­мес­ных Э. т. мо­гут слу­жить твёр­дые рас­тво­ры ви­да МO₂–M´O_1,5 (где М – Zr, Се; М´ – Y, Sc). Сре­ди на­трий-про­во­дя­щих ма­те­риа­лов ука­жем твёр­дые рас­творы Na_1+xZr₂P_3–xSi_xO₁₂ (т. н. NASICON – от Na⁺-superionic conductor), а про­во­димость по фто­ру на­блю­да­ет­ся в силь­но не­сте­хио­мет­рич. фа­зах M_1–xR_xF_2+x (M – Ca, Pb; R – La, Y). По­ми­мо кри­стал­лич. Э. т., су­ще­ст­ву­ют аморф­ные ма­те­риа­лы (напр., стёк­ла), об­ла­даю­щие за­мет­ной ион­ной про­во­ди­мо­стью бла­го­да­ря на­ли­чию элек­тро­ак­тив­ных при­ме­сей. К по­ли­мер­ным Э. т. от­но­сят­ся по­ли­ме­ры, в со­став мо­ле­кул ко­то­рых вхо­дят функ­цио­наль­ные груп­пы, спо­соб­ные к дис­со­циа­ции с об­ра­зо­ва­ни­ем ка­тио­нов или анио­нов, на­прав­лен­ное дви­же­ние ко­то­рых внут­ри струк­ту­ры по­ли­ме­ра обу­слов­ли­ва­ет его ион­ную про­во­ди­мость. В отд. груп­пу вы­де­ля­ют про­тон-про­во­дя­щие Э. т., в ко­то­рых транс­порт Н⁺ мо­жет быть свя­зан с на­ли­чи­ем ди­на­ми­че­ски ра­зу­по­ря­до­чен­ной сет­ки во­до­род­ных свя­зей кри­стал­ла (как в CsHSO₄) или сет­ки во­до­род­ных свя­зей мо­ле­кул Н₂О (напр., в H₃OUO₂РO₄·3H₂O). В вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ных про­тон­ных про­вод­ни­ках во­до­род­ные де­фек­ты об­ра­зу­ют­ся в ре­зуль­та­те взаи­мо­дей­ст­вия ок­си­дов с во­до­род­со­дер­жа­щей ат­мо­сфе­рой [напр., це­ра­ты строн­ция со­ста­ва SrCe_1–xR_xO_3–y (R – Y, Gd)]. Наи­бо­лее из­вест­ным про­тон­ным по­ли­мер­ным Э. т. яв­ля­ет­ся на­фи­он – суль­фа­ти­ро­ван­ная пер­фто­ри­ро­ван­ная ио­но­об­мен­ная мем­бра­на.

Э. т. по­лу­ча­ют в ви­де мо­но­кри­стал­лов, по­рош­ков, плот­ных ке­ра­мик, тол­стых и тон­ких плё­нок. Э. т. на­хо­дят при­ме­не­ние в то­п­лив­ных эле­мен­тах, элек­тро­ли­зё­рах, су­пер­кон­ден­са­то­рах, ис­точ­ни­ках то­ка, хи­мич. сен­со­рах, ин­те­гра­то­рах, элек­тро­хром­ных уст­рой­ст­вах, в ка­че­ст­ве ио­но­се­лек­тив­ных мем­бран, при тер­мо­ди­на­мич. ис­сле­до­ва­ни­ях и пр.