Vol. 50 (2014), Issue 1, p. 78-88

Electrical Conductivity of 1:1 and 2:1 Clay Minerals

Kriaa A., Hajji M., Jamoussi F., Hamzaoui A.H.

Abstract

УДК 550.832

 

The A.C. impedance plots were used as tools to analyze the electrical response of two varieties of Tunisian halloysite 1:1 and illitic samples 2:1 as a function of frequency at different temperatures (80–800°C). The real and imaginary parts of the complex impedance trace semicircles in the complex plane. Except for the illite, It-1, the second sample analyzed in this study, these plots give evidence for the presence of both bulk and grain boundary effect, above 600°C onwards. The bulk resistance of the materials decreases with the rise in temperature. Impedance Spectroscopy data reveal a non-Debye type of dielectric relaxation. The Nyquist plots show the negative temperature coefficient of resistance of both pure Tunisian illite and halloysite samples. The results of bulk electrical conductivity and its activation energy are presented for the two mineral clay samples. For illite It-1, the activation energy values estimated from the AC conductivity pattern and modulus pattern are very similar and suggest a possibility of a long-range mobility of charge carriers (ions) via hopping mechanism of electrical transport processes at higher temperature. On the other hand, for the halloysite sample provided from kasserine, (Ha-Kass), the modulus analysis admit that the electrical transport processes of the material are very likely of electronic nature. Relaxation frequencies follow an Arrhenius behavior with the activation energy values not comparable to those found for the electrical conductivity.

 

Keywords: kaolinite, illite, hopping mechanism, impedance analysis, electrical conductivity.

 

 

Диаграммы импеданса по цепи переменного тока использовались для анализа электрических характеристик двух разновидностей глинистых минералов из Туниса – галлосита и иллита, с соотношением сеток 1:1 и 2:1, соответственно, в зависимости от температурного режима: 80–800°C. Реальная и мнимая части комплексного сопротивления представлены в виде следов полуокружностей на комплексной плоскости. За исключением иллита It-1, то есть второго из исследованных образцов глин, представленные диаграммы подтверждают наличие как объемного, так и зернограничного эффекта при температуре 600°C и выше. Отмечается, что объемное сопротивление материала понижается при повышении температуры. Данные спектроскопии импеданса свидетельствуют о диэлектрической релаксации, которая выпадает из уравнения Дебая. Как видно из диаграмм Найквиста, для обоих исследованных образцов – галлосита и иллита, характерен отрицательный температурный коэффициент сопротивления. В работе представлены результаты анализа объемного электрического сопротивления и энергии активации для обоих исследованных образцов. Для иллита It-1, значения энергии активации, определяемые с помощью диаграмм удельной проводимости по переменному току и абсолютного значения, очень близки. Это говорит о возможной долговременной подвижности носителей заряда (ионов) с использованием прыжкового механизма переноса электричества при более высоких температурах. С другой стороны, для образцов галлосита из города Кассерин (Тунис), с использованием анализа абсолютного значения, можно допустить, что процессы переноса электричества, весьма вероятно, имеют электронный характер. Частота релаксации соответствует уравнению Аррениуса, причем значения энергии активации несравнимы со значениями, найденными для удельной проводимости.

 

Ключевые слова: каолинит, иллит, прыжковый механизм, анализ полной проводимости, удельная электропроводность.

 

 

Download full-text PDF. 682 downloads

Web-Design Web-Development SEO - eJoom Software. All rights reserved.