Материал: Метод микротвердости для исследования распространения электроакустических сигналов миллиметрового диапазона

Чтобы выяснить влияние концентрации (С) соли в растворе, эксперимент по латеральному распространению сигнала был выполнен при разных значениях концентрации (С=0; 0,1; … 10%).

На рис. 9 приведена зависимость ΔН/Н для кристалла - детектора (R=4 см) от концентрации «С» при «стандартных» условиях засветки кристалла - излучателя ГВ (tобл =100 с, r=7 см). Видно, что зависимость немонотонна: до величин С=0,3% имеет место увеличение ΔН/Н , в области от 0,3 до 5 % зависимость ΔН/Н (С) слабая, а при С>5% наблюдается резкое снижение ΔН/Н до 0.

Рис. 9. Зависимость ΔН/Н от концентрации NaCl.

Результаты данного опыта говорит о том, что, хотя наличие соли есть необходимое условие для ЭД в водной среде, при слишком больших концентрациях соли возрастает затухание сигнала. Изучение механизма затухания выходило за пределы нашей работы. По-видимому, при больших концетрациях диполей расстояние между ними таково, что им энергетически не выгодно выстраиваться параллельно друг другу из-за кулоновского отталкивания, в результате исчезает эстафетная передача энергии. Интересно наличие резкого концентрационного порога ЭД, что наводит на мысль о фазовом переходе 1-го рода в приповерхностном слое раствора (вероятно, это переход из параллельного в антипараллельное упорядочение).

Интересно, что область концентраций, в которой наблюдается дальнее распространение волн, включает в себя концентрацию соли NaCl в физиологическом растворе (~1%), соответствующую концентрации соли в живых организмах. Согласно литературе, квч играют важную роль в жизненных функциях животных, растений и человека (они обеспечивают энергоинформационный обмен между клетками) [5]. В этом случае становится понятным, почему эволюция привела к оптимизации концентрации солей в жидких средах живых существ, когда сигналы КВЧ могут распространяться на достаточно большие расстояния, и такой обмен энергий и информацией между клетками становится возможным.

.3 Эффект дальнодействия в системе кремниевый диод - водный раствор NaCl - кремниевый детектор

Данная серия экспериментов посвящена исследованию методом микротвердости дальнодействующих процессов, происходящих в системе кремниевый диод - водный раствор NaCl во фторопластовой кювете. (Как уже сказано выше, такая система применяется в медико-биологических целях).

Первые же опыты показали, что в результате пропускания тока через диоды на образце - детекторе произошло изменение Н. Это изменение для ряда повторных опытов приведены в табл. 2. Видно, что повторяемость достаточно хорошая, и изменения ΔН/Н составляют ~18%.

Табл. 2. Значения величины ΔН/Н при пропускании тока через диоды на образце-детекторе.

Результаты данных опытов с точки зрения нашей модели можно объяснить следующим образом. При пропускании тока за счет выделения джоулева тепла происходит повышение температуры диода. Согласно данным [3], термическое возбуждение ЕО на Si приводит к ЭД, аналогично случаю светового возбуждения. При таком возбуждении происходит генерация ГВ с частотой ~1011-1012 Гц. Подобно тому, как это имело место в предыдущей серии опытов, ГВ проходят через кювету с раствором и действуют на кристалл - детектор, изменяя его дефектную структуру, что и регистрируется по изменению микротвердости. Интересно, что в данном случае, в отличие от предыдущей серии, в которой возбуждение волн осуществлялось путем светового возбуждения, изменение Н на нижнем кристалле существенно эффективнее. По-видимому, это обусловлено большей (на 2 порядка) плотности мощности, выделяющейся в диодах при токовом возбуждении по сравнению со световым.

В пользу нашей интерпретации результатов экспериментов с диодами свидетельствуют результаты следующих контрольных опытов.

. При облучении кремния излучением источника КВЧ (λ=7,1 мм) в течение 100 с на обратной стороне Si произошло изменение Н (ΔН/Н=7%). В случае облучения образца со стравливанием ЕО изменение было существенно меньше (3%). Когда между источником и кремнием поместили кювету с раствором NaCl (1%), то ΔН/Н увеличилось и стало равным 18% . В случае же заполнения кюветы дистиллированной водой ΔН/Н=0. Эти результаты свидетельствуют о том, что кремний реагирует на действие КВЧ (и это обусловлено преобразованием их естественным окислом в ГВ). Во-вторых, результаты вполне согласуются с представленными, что диоды действительно излучают КВЧ и ГВ, т. к. явления, описанные выше, для них аналогичны явлениям при облучении Si светом и при действии повышенных температур.

. В случае отсутствия раствора в кювете в опыте с диодами, изменение Н на образце - детекторе отсутствовало. Оно отсутствовало также и в том случае, когда между диодами и кюветой имелся малый (~1 мм) зазор. Причина этого феномена - такая же, как и в случаи экспериментов, описанных в разделе 3.2.

Выводы

Обнаружено дальнодействующее влияние облучения светом Si на микротвердость в системе кремний-водный раствор NaCl в сосуде из фторпласта-кремний. Это явление объясняется на основе предложенной ранее модели эффекта дальнодействия с учетом существующих представлений о свойствах водных растворов солей и их взаимодействии с электроакустическими волнами.

Установлен эффект дальнодействия в системе прямосмещенный диод-водный раствор NaCl в сосуде из фторпласта-кремний.

Результаты работы позволяют предложить метод микротвердости для исследования распространения электроакустических сигналов миллиметрового диапазона, в том числе для медико-биологических целей.

Список литературы

1. Тетельбаум Д.И. Эффект дальнодействия при малоинтенсивном облучении твердых тел. / Тетельбаум Д.И., Курильчик Е.В., Менделева Ю.А.// Поверхность. 2009. № 3. С. 1-11

. Левшунова В. Л., Похил Г.П., Тетельбаум Д.И., 2011 г. Автоколебания

распределенных зарядов в естественном оксиде на поверхности кремни как

источник возбуждения процессов, ответственных за ЭД. // Поверхность.

2011. № 3. С. 1-4.

. Тетельбаум Д. И., Курильчик Е. В., Похил Г.П., Кузьмина А.А. / Влияние низкотемпературного (20-60 оС) нагрева кремния на его микротвердость//Поверхность. Рентгеновские, синхронные и нейтронные исследования. 2013. №11. С. 102-106.

. Девятков Н. Д., Бецкий О. В., Голант М. Б. Миллиметровые волны и их роль в процессах жизнедеятельности.// М., Радио и Связь,1991 г.-169 с.

.Бецкий О. В.,Кислов В. В., Лебедева Н. Н. Миллиметровые волны и живые системы. М.:Сайнс-пресс, 2004. 272 с.

. Павлов П.В., Пашков В.И., Успенская Г.И. // ФТТ. 1973. Т. 15. №9.  С. 2857. микротвердость дальнодействие волна облучение

. Быков В.М. Вопросы атомной науки и техники. / В.М. Быков,

В.Г., Малынкин, В.С. Хмелевская.// Сер.: Физика радиационных

повреждений и радиационное материаловедение. 1989. Вып. 3(50).  С. 45.

. Диденко А.Н. Эффекты дальнодействия в ионно-имплантированных

материалах. А.Н. Диденко, Ю.П. Шаркеев, Э.В. Козлов. Томск:

Изд-во НТЛ, 2004. 328 с.

. Tetelbaum D.I., Kuril’chik E.V., Latisheva N.D. // Nucl. Instrum. Methods. Res. 1997. V. 127/128. P. 153.

. Tereshko I.V., Khodyrew V.I., Lipsky E.A. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. 1997. V. 127/128. P. 861.

. Перевощиков В.А., Скупов В.Д. Получение и анализ чистых веществ: Межвузовский сборник. Горький: Изд. Горьковского госуниверситета. 1987. 19 с.

. Бедный Б. И., Ершов С.Н., Пантелеева В.А. // ФТП. 1985. Т. 19. Вып. 10. С. 1806

. Перевощиков В.А., Скупов В.Д. // Оптико-мех. промышленность. 1987. №6. С. 35.

. Перевощиков В.А., Скупов В.Д. // Завод. лабор. 1999. Т. 65. №7. С. 24.

. Успенская Г.И., Абрамова Н.Н., Тетельбаум Д.И. // Физические основы ионно-лучевого легирования. Ч. 1. Горький: Изд-во Горьковского гос.университета имени Н.И. Лобачевского, 1972. С. 96.

. Успенская Г.И., Генкин В.М., Тетельбаум Д.И. // Кристаллография. 1973. Т. 18. № 2. С. 363.

. Семин Ю.А., Скупов В.Д., Тетельбаум Д.И. // Письма в ЖТФ. 1988 Т. 14. Вып. 3. С. 273.

. Скупов В.Д., Тетельбаум Д.И., Шенгуров В.Г. // Письма в ЖТФ. 1989. Т. 15. Вып. 22. С. 44.

. Тетельбаум Д.И., Сорвина В.П., Курильчик Е.В. // Изв. РАН. Сер. физ. 1996. Т. 60. № 4. С. 210.

. Pavlov P.V., Tetelbaum D.I., Skupov V.D. et al. // Phys. Statu. Solidi A. 1986. V. 9. № 1. P. 395.

. Ершов С.Н., Пантелеев В.А., Нагорных С.Н. // ФТТ. 1977. Т. 19. Вып. 1. С. 322.

. Крылов П.Н., Алалыкин А.С. // Вестник ННГУ. Сер. Физика твердого тела. 2005. Вып. 1(18). С. 88.

. Тетельбаум Д.И., Баянкин В.Я. // Природа . 2005. № 4. С. 9.

. Васильев В.К., Азов А. Ю., Баянкин В. Я., Гильмутдинов Ф. З. и др. // Вестник ННГУ. Сер. Физика твердого тела.2003. Вып. 1(6). С. 183

. Павлов П.В., Тетельбаум Д.И., Курильчик Е.В. // Металлы. 1993. № 3. С. 78.

. Тетельбаум Д.И., Курильчик Е.В., Менделева Е.В. / Дальнодействующее влияние облучения светом на микротвердость алюминия и кремния // Изв. РАН. Сер. физ. 2008. Т. 72, №9. С. 1373

. Тетельбаум Д. И., Курильчик Е. В., Менделеева Ю. А., Азов А. Ю.. // Поверхность №4. 2009. С. 94

. Зайцева Е. В., Термические процессы в эффекте дальнодействия в кремнии. Дипломная работа, 2012.

. Левшунова В.Л., Похил Г.П., Тетельбаум Д.И /Эффект волновода для гиперзвука в кремнии с дислокациями.// Поверхность №4. 2013. С. 61

. Синицин Н. И., Ёлкин В. А., Бецкий О. В./Состояние структуры водосодержащей среды живых систем - один из важнейших факторов эффективности биомедицинских радиоэлектронных нанотехнологий миллиметрового и терагерцового диапазонов и технологий будущего//Бюллетень медицинских Интернет-конференций 2012, Т. 2. №6. С. 355

. Хахалин А. В./Влияние низкоинтенсивного электромагнитного поля на водные кластеры в присутствии ионов//Автореферат диссертации на соискание ученой степени канндидата физико-математических наук. Москва, 2006. 24 с.