Потоки вещества в электробаромембранных процессах Текст научной статьи по специальности «Физика»

МОДЕЛИРОВАНИЕ СПИНОВОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ СТ-ЭКСИТОНОВ В МОНОКРИСТАЛЛАХ Сбо © Д. В. Лопатин

Для объяснения механизмов генерации свободных носителей заряда в монокристаллах Сво под действием света или проникающего излучения необходимо рассматривать как внутримолекулярные, так и межмоле-кулярные электронные процессы, которые в первом случае приводят к образованию экситонов Френкеля, а во втором к образованию СТ-экситонов. Помимо внутренних механизмов на процесс фотогенерации носителей заряда в монокристаллах Сво может эффективно влиять внешнее постоянное магнитное поле (МП). Кроме того, получены результаты, которые говорят о том, что спиновое состояние СТ-экситонов влияет на процессы переноса заряда в монокристаллах Сбо. Принято считать, что роль МП может сводиться к изменению спинового состояния электрона и дырки в эксито-нах, что приводит к увеличению вероятности диссоциации пар на свободные носители заряда или понижению вероятности последующей их рекомбинации и, как следствие, возрастанию фотопроводимости в МП. В данной работе приводится модель, качественно и количественно описывающая особенности эффектов влияния магнитного поля на фотопроводимость монокристаллов Сбо-

Рассмотрим влияние МП на суммарную заселенность триплетных и синглетных состояний СТ-экситонов. Изменение заселенности выражается как

Ап = л$! + п$о - rty 1 - Пц,о, где що и Ицм, Пц,о концентрации заполненных То- и 5-состояний в МП и его отсутствии, соответственно. Введя обозначения Г| = п^/п^ и х = TsVt/, где тs и т/ - эффективные времена жизни экситонов в S- и Го-состоянии, определяющие их стационарные концентрации. И считая, что % « 1, получим Дл/НфО = а2(1-лУ(х + fl2)> гДе а = Ag\iB/AW (Ag -разность g-факторов электрона и дырки, AfV - величина спин-спинового и обменного взаимодействий).

В работе приведены зависимости Ал/пц,о, определяющие образование носителей тока (1р ~ п1/2 и AIf/If = АпНпуо в МП) для случая положительного эффекта (rj <1) с различными т] и X- Определено, что с ростом а - Ag\iB/AW величина Ап/п^о достигает насыщения при тех меньших а, чем меньше отношение xs'/xt = X- Из этих соображений оценено отношение времен жизни СТ-экситонов. По уровню насыщения экспериментальной кривой найден параметр ц, характеризующий отношение концентраций триплетных и синглетных СТ-экситонов в момент их рождения.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при поддержке программы «Фуллерены и атомные кластеры» (грант № 40.012.1.1.11.47) и Российского Фонда Фундаментальных Исследований (грант № 02-02-17571).

ПОТОКИ ВЕЩЕСТВА В ЭЛЕКТРОБАРОМЕМБРАННЫХ ПРОЦЕССАХ © С.И. Лазарев, Д.Д. Абрамов

Выделение и получение веществ в мембранных процессах является результатом различия в скорости переноса химических элементов и веществ через поверхность мембраны. Скорость переноса и, следовательно, величина потока, определяется движущей силой или энергией, расходуемой на разрыв межмолеку-лярных связей компонентов смеси, также зависит от подвижности компонентов (молекул, ионов) и их концентрации на поверхности раздела фаз.

Основными движущими силами, которые вызывают поток растворителя и растворенного вещества в электро- и баромембранных процессах, являются гидростатическое давление, разница электрического потенциала и концентрации.

Перепад гидростатического давления между двумя фазами, разделенными мембраной, вызывает конвективный (гидродинамический) поток растворителя и растворенного вещества.

Разница концентраций, когда два раствора разной концентрации разделены полупроницаемой мембраной, вызывают диффузионный поток растворенного вещества и осмотический поток растворителя.

Разница электрического потенциала, когда к системе мембрана-раствор подведено внешнее электрическое поле, вызывает миграционный поток растворенного вещества и элеклроосмотический поток растворителя.

В электробаромембранных процессах побуждающие силы могут быть взаимозависимыми и тем самым

обуславливать новые эффекты. Так, вследствие разной электропроводности раствора, подложки, электрода и мембраны возникает тепловой поток, вызванный градиентом потенциала (ДЕ). Поток, вызванный градиентом потенциала, называют эффектом Дюфура. Тепловой поток может вызываться и градиентом давления. Поток, вызванный градиентом давления, называется термомеханическим эффектом. Часто мембранные процессы работают и в температурных режимах, то есть возникает градиент температуры. Поток веществ, вызванный температурным градиентом, называется эффектом Соре.

В электро- и баромембранных процессах могут наблюдаться и другие потоки. Если к процессу, протекающему под действием разности потенциала, прило-

жить избыточное давление, то содержащаяся в порах жидкость будет принудительно проникать через мембрану. Поскольку эта жидкость несет электрический заряд, ее перемещение приводит к образованию разницы электрического потенциала, называемого потенциалом потока (2-потенциал). Потенциал потока обуславливает два эффекта: во-первых, действует на жидкость, содержащуюся в порах, частично ослабляя эффект давления и ослабляя поток; во-вторых, ускоряет ионы того же знака и постоянные заряды мембраны, и тормозит ионы противоположного направления таким образом, что и те, и другие, несмотря на их разницу концентрации, переносят эквивалентные количества электрического заряда.

ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД ПРИ ОПИСАНИИ МАССОПЕРЕНОСА В ЭЛЕКТРОБАРОМЕМБРАННОМ АППАРАТЕ © С.И. Лазарев, А.В. Свотнев

Для математического описания явлений переноса через мембрану принят феноменологический подход, основанный на термодинамике необратимых процессов. Феноменологическая теория - это теория, которая не достаточно полно рассматривает внутренние механизмы переноса.

Феноменологическая теория описывается феноменологическим уравнением, пропорционально связывающим поток с сопряженной силой. Общее феноменологическое уравнение имеет вид:

^ = Ь11Хх+1аХ2+11яХ„= (1)

где выполняется теорема Онзагера

Ьл=и. (2)

Закон возникновения энтропии требует, чтобы 7?,1аХк> 0. (3)

Феноменологические отношения между различными явлениями, наблюдаемыми в электробаромембран-ных аппаратах, пропорционально связаны с сопряженными силами. Это отношение можно представить в виде таблицы 1.

Таблица 1

Соотношение между потоками и сопряженными силами

Соотношение Поток вещества Движу- щая сила Кинетиче- ский коэффициент

"*диф р =—(С -С ) g \^пен ^пер/ '"диф АС ра

"*кон ~ ККУЖСЖ '"кон АР *к

II е- щ '"мигр / г

^эл.кин. = ІҐ у С ЭЛ.КИН. гэл.кин. эл.кин. '"эл.кин. 4 к ^эл.кин.

Кои =<*дР ^кон АР а

Р у =1°£-(Г -Г Ї Г ОС д ч'-'пен ^пер^ ^ос АС

V = Р /л эос эос 1 у - & . г ЭЛ.КИН. А т-г 4Яг| % V эос V г эл.кин. '"мигр 4 р л эос