硫酸鋰鈉晶體離子導電、介電弛豫與溫度及頻率關係之研究

Abstract

摘要 利用偏光顯微鏡的光學觀測來觀察硫酸鋰鈉晶體在室溫和加熱到873K的光學性質變化，熱分析DSC實驗來瞭解該晶體結構伴隨溫度有無吸熱或是放熱反應的變化，及使用HP 4194阻抗分析儀，在溫度範圍423K~873K，測量頻率範圍100Hz~40MHz的交流電場下，硫酸鋰鈉晶體的阻抗隨溫度和頻率的變化。從阻抗數據資料中，我們可以求得導電率隨溫度、頻率變化的關係，進而求得樣品的導電活化能，以研究其導電性質；同時，我們也可以求得介電常數隨溫度、頻率變化的關係，進而求得其導電弛豫活化能，並由M（electric modulus）的表示法來研究樣品的弛豫現象。模擬樣品在外加電場下反應的等效電路的。 藉由研究所得到主要結果如下： 1.由光學觀測可以得到硫酸鋰鈉晶體在溫度793K，有明顯的光學變化，晶體從光的異向性變成光的等向性，證實該晶體有一個明顯的結構相變。 2.從晶體的熱分析DSC曲線，可以發現在溫度790.8K開始發生出現吸熱峰值，峰值的位置在795.5K，可以得知硫酸鋰鈉晶體在這溫度有一結構相變，其相變是屬於一皆相變。可以得到吸熱峰值的熱焓變化 。 3.從電抗的實驗結果得知，溫度越高，晶體內導電離子的貢獻越大，相對的晶體電偶的貢獻越小，導電率在高溫相時是溫度423K時導電率的1000倍。高溫導電率接近 ，所以硫酸鋰鈉是屬於superionic conductor。 4.晶體在室溫相時，我們求得的直流導電活化能為 ，導電弛豫活化能 ，兩者十分接近，可以推測該晶體的導電，在頻率低於105Hz主要為導電離子所貢獻。 5.為了瞭解晶體內電偶隨溫度的變化，我們從介電常數虛部對頻率的圖中，把離子導電貢獻的部分除去，留下晶體內電偶貢獻的部分，然後把求得不同溫度的電偶貢獻對頻率作圖。發現晶體內電偶的貢獻，隨著溫度的上升，其貢獻有越來越小的趨勢。