表面伝導率

表面伝導性は、帯電界面付近の電解質の追加の伝導性です。 ^[1]液体の表面伝導性と体積伝導性は、電界内でのイオンの電気的に駆動された運動に対応します。表面電荷と反対の極性の対イオンの層が界面近くに存在します。これは、表面電荷による対イオンの引き付けにより形成されます。この高イオン濃度の層は、界面二重層の一部です。この層のイオン濃度は、液体バルクのイオン強度と比較して高くなります。これにより、この層の電気伝導性が高くなります。

スモルホフスキーは20世紀初頭に表面導電性の重要性を認識した最初の人物でした。^[2]

表面伝導性については、Lyklemaの「界面とコロイド科学の基礎」^{[3]に詳しく記載されています。}

二重層（DL）は、よく確立されたGouy-Chapman-Sternモデル^[1]によれば、2つの領域に分かれています。バルク液体と接触している上層は拡散層です。界面と接触している内層はStern層です。

DL の両方の部分におけるイオンの横方向の動きが表面導電性に寄与している可能性があります。

シュテルン層の寄与についてはあまりよく説明されていないが、これはしばしば「追加表面伝導性」と呼ばれる。^[4]

DLの拡散部分の表面伝導率の理論は、バイカーマンによって開発された。^{[5]彼は、表面伝導率κσ}と界面におけるイオンの挙動を結び付ける簡単な方程式を導出した。対称電解質の場合、同一のイオン拡散係数D ⁺ =D ⁻ =Dを仮定すると、参考文献には次のように示されている。^[1]

${\displaystyle {\kappa }^{\sigma }={\frac {4F^{2}Cz^{2}D(1+3m/z^{2})}{RT\kappa }}\left(\cosh {\frac {zF\zeta }{2RT}}-1\right)}$

どこ

Fはファラデー定数である

Tは絶対温度である

Rは気体定数である

Cはバルク流体中のイオン濃度である

zはイオンの 価数である

ζは電気運動ポテンシャルである

パラメータm は、DL 内のイオンの動きに対する 電気浸透の寄与を特徴付けます。

${\displaystyle m={\frac {2\varepsilon _{0}\varepsilon _{m}R^{2}T^{2}}{3\eta F^{2}D}}}$

ドゥキン数は、電気泳動や電気音響現象などのさまざまな電気運動現象に対する表面導電率の寄与を特徴付ける無次元パラメータです。^[6]このパラメータ、ひいては表面導電率は、適切な理論を使用して電気泳動移動度から計算できます。マルバーンの電気泳動装置と分散技術の電気音響装置には、このような計算を行うためのソフトウェアが含まれています。

• 界面およびコロイド科学

表面伝導性は、表面プローブによって測定される固体表面全体の電気伝導を指す場合があります。この材料特性をテストするために、p 型のn 型表面伝導性などの実験を行うことができます。^[7]さらに、表面伝導性は、金属酸化物半導体ZnOなどの光伝導性などの結合現象で測定されます。^{[8]表面伝導性は、正孔 (+1) と電子 (-1) の}電荷キャリアが溶液中のイオンの役割を果たす電解質溶液の場合と同様の理由で、バルク伝導性とは異なります。