Открыть главное меню

Хемотроника

Хемотро́ника — дисциплина, занимающаяся фундаментальными и прикладными аспектами электрохимических процессов, протекающих на границе электрод — электролит под воздействием электрического тока, а также созданием устройств различного назначения в этой области[1].

Содержание

Общие сведенияПравить

Хемотроника как научно-техническое направление возникла на стыке электрохимии и электроники. Её теоретической основой в значительной части стали работы академика АН СССР Александра Наумовича Фрумкина[2], исследовавшего принципы электрохимического преобразования в твёрдых и жидких электролитах[3]. Носителями заряда в этих процессах являются ионы, обладающие меньшей, порядка в 104—106 раз, подвижностью, чем носители в полупроводниках, что определяет область применения хемотроники.

Как техническая отрасль, хемотроника в начале своего пути разрабатывала общие теоретические и технологические принципы построения электрохимических преобразователей. При этом создавались приборы, использовавшие для переноски зарядов ионы растворов. Такими первыми разработками стали электрохимические выпрямители, интеграторы, усилители[4] .

Из-за низкой подвижности ионов приборы хемотроники по своей физической природе являются низкочастотными. Однако, по сравнению с обычными электронными приборами у них есть и преимущества. Таковыми, прежде всего, являются компактность и многофункциональность жидкостных элементов, где в небольшом объеме может происходить одновременно и с разной скоростью множество разнообразных физико-химических процессов. Кроме того, эти системы надёжны и обеспечивают возможность изменения своей внутренней структуры, то есть внутреннего управления[1].

Практическое использованиеПравить

С использованием хемотроники создаются твёрдо- и жидкофазные приборы. В первых используют процесс образования твёрдой фазы на электродах или растворение материала электродов в ходе прохождения электрического тока[5], во вторых изменяют концентрацию раствора электролита в приэлектродных областях[6]. Перечень разработок широк — выпрямители, реле времени, интеграторы, нелинейные функциональные преобразователи, датчики ускорения, скорости, температуры, измерители вибрации, индикаторы и т. п[7]. Иногда подобные устройства выделяют в отдельную группу, называемую Хемотроны.

Диапазон рабочих частот хемотронных приборов: 10-7 — 10 Гц. В отличие от известных электромеханических, электромагнитных и электронных аналогов, они обладают высокой чувствительностью (до 10-3 В по напряжению и до 10-6 А по току), экономичностью (собственное потребление в пределах 10-8 — 10-3 Вт), пониженным уровнем собственных шумов, а также высокой надёжностью и сравнительной дешевизной[6].

Перспективы развитияПравить

Одним из дальнейших направлений развития является создание оптохемотронных приборов, в которых используется явление электрохемилюминесценции, то есть свечения, возникающего в области электродов при прохождении тока через растворы некоторых электролитов. Такие электролиты обычно состоят из активатора (люминесцирующего органического вещества), сопровождающего (фонового) электролита и растворителя. Электролит образует с материалами электродов обратимую окислительно-восстановительную систему. Подобные приборы используют в качестве излучателей и индикаторов, преобразователей неэлектрических величин в электрический сигнал. Например, используя эффект свечения возбуждённого переменным электрическим полем люминофора вблизи электрода специальной формы, можно создавать светящиеся цифры, буквы и пр[8].

См. такжеПравить

ПримечанияПравить

  1. 1 2 Хемотроника / Трейер В. В. // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
  2. Волков В. А., Вонский Е. В., Кузнецова Г. И. Выдающиеся химики мира. — М.: ВШ, 1991. 656 с.
  3. Ya. M. Kolotyrkin, O. A. Petrii, and A. M. Skundin Academician A. N. Frumkin and Modern Advances in Electrochemistry // Russ. Journal Electrochem., 1995, v.31, p.709-712
  4. Воронков Г. Я., Гуревич М. А., Федорин В. А. Хемотронные устройства, — М., 1965.
  5. Юшина Л. Д. Твёрдотельная хемотроника (монография) // Успехи современного естествознания. — 2010. — № 2 — стр. 119—121
  6. 1 2 Трейер В. В., Елизаров А. Б. Электрохимические интегрирующие и аналоговые запоминающие элементы, — М., Из-во Энергия, 1971. — 96 с.
  7. Боровков В., Графов Б., Добрынин Е., Луковцев П. Электрохимические преобразователи первичной информации, — М., 1969. — 196 с., 4500 экз.
  8. Стрижевский И. В., Дмитриев В. И., Финкельштейн Э. Б., Хемотроника — М., 1974.