ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2026. №8

УДК: 539.21

Исследование электропроводности

дигидрата сульфата кальция (Caso₄·2h₂O)

и его перспективы применения в электронике

В.С. Захвалинский ¹, Т.Б. Никуличева ¹, И.С. Никулин ¹,

В.В. Вязьмин ¹, А.В. Маширов ², Д.Н. Милостной ¹

¹Белгородский Государственный Национальный Исследовательский Университет,

308015, Белгород, ул. Победы, д. 85

² Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН,

125009, Москва, ул. Моховая, 11, корп. 7

Статья поступила в редакцию 9 июня 2026 г.

Аннотация. Работа посвящена комплексному исследованию структурных и электрофизических свойств цитрогипса – многотоннажного побочного продукта биохимического производства лимонной кислоты. Компактные образцы для испытаний были получены методом холодного изостатического прессования. Методами рентгенофлуоресцентного и рентгеновского порошкового дифракционного анализов определен химический и фазовый состав исследуемого техногенного сырья. С помощью растровой электронной микроскопии и газовой адсорбции исследованы морфология поверхности и ее текстурные характеристики. Методом широкополосной импедансной спектроскопии в диапазоне частот от 200 Гц до 5 МГц изучена температурная зависимость удельной электропроводности образцов в условиях глубокого высокого вакуума (10^-3 мм рт. ст.) при температурах 250 К и 300 К. Установлено, что при 300 К в высокочастотной области от 330 кГц до 5 МГц годограф комплексного импеданса полностью определяется вкладом межзеренных границ. Наличие двух релаксационных участков на годографе обусловлено бимодальным характером дифференциального распределения частиц по размерам ~80 и ~500 мкм, что строго подтверждается данными лазерной дифрактометрии. Понижение температуры до 250 К приводит к трансформации профиля импеданса в низкочастотной области от 600 Гц до 1.1 кГц с появлением линейного диффузионного вклада, переходящего в дугу объемного переноса, который успешно описывается эквивалентной схемой с параллельным соединением сопротивления R_g и емкостного параметра С_g объема зерна. Выявленные особенности электропереноса обосновывают потенциал использования модифицированных цитрогипсовых матриц в качестве функциональных диэлектрических сред для элементной базы твердотельной электроники.

Ключевые слова: дигидрат сульфата кальция, цитрогипс, утилизация техногенных отходов, импедансная спектроскопия, межзеренные границы, годограф Найквиста, эквивалентная схема замещения.

Финансирование: Работа поддержана Министерством науки и высшего образования Российской Федерации в рамках государственного задания по созданию новых лабораторий, в том числе под руководством молодых перспективных исследователей в рамках национального проекта «Наука и университеты». Тема исследования: «Разработка и развитие научно-технологических основ создания комплексной технологии переработки гипсосодержащих отходов различных промышленных предприятий и поиск новых способов использования переработанных продуктов» (номер гранта FZWG-2024-0001).

Автор для переписки: Захвалинский Василий Сергеевич, zakhvalinskii@bsuedu.ru

Литература

1. Zhang K., Schnoor J.L., Zeng E.Y. E-waste recycling: where does it go from here? // Environmental science & technology. – 2012. – Т. 46. – №. 20. – С. 10861-10867. https://doi.org/10.1021/es303166s

2. Nikulicheva T.B. et al. Using citric acid production waste as a new material for an air humidity sensor // International Journal of Environmental Science and Technology. – 2025. – Т. 22. – №. 15. – С. 15273-15288. https://doi.org/10.1007/s13762-025-06623-x

3. Nikulicheva T.B. et al. The possibility of practical application of citrogypsum in engineering // Technical Physics. – 2024. – Т. 69. – №. 5. – С. 1307-1315. https://doi.org/10.1134/S1063784224040297

4. Nikulin Ivan Sergeevich (RU), Nikulicheva Tatiana Borisovna (RU), Zakhvalinskii Vasilii Sergeevich (RU), Piliuk Evgenii Aleksandrovich (RU), Mishunin Maksim Vadimovich (RU), Patent for the invention of an air humidity sensor, RU 2 809 808 C1, Priority of the invention May 12, 2023.

5. Nikulicheva Tatiana Borisovna (RU), Zakhvalinskii Vasilii Sergeevich (RU), Nikulin Ivan Sergeevich (RU), Vitaly Vladimirovich Vyazmin, (RU), Resistive humidity control sensor, Utility Model Patent No. 234420, Priority of the utility model April 08, 2025.

6. Boukamp B.A. Electrochemical impedance spectroscopy in solid state ionics: recent advances // Solid state ionics. – 2004. – Т. 169. – №. 1-4. – С. 65-73. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2003.07.002

7. Battistel A. et al. Analysis and mitigation of the artefacts in electrochemical impedance spectroscopy due to three-electrode geometry // Electrochimica Acta. – 2014. – Т. 135. – С. 133-138. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2014.05.011

8. Импедансная спектроскопия: теория и применение : учеб. пособие / Емельянова Ю.В., Морозова М.В., Михайловская З.А., Буянова Е.С.; под общ. ред. Буяновой Е.С.; М-во образования и науки Рос. Федерации, Урал. федер. ун-т. – Екатеринбург : Изд. Урал. ун-та, 2017. – 156 с.

9. BarsoukovЕ., Macdonald J.R. Impedance spectroscopy. Theory, experiment, and applications. 2nd ed.A. John Wiley & Sons, Inc., Publication, USA (2005). 583 p.

10. Zhao H., Xiao X., Sun Q. Identifying Electric Shock in the Human Body via α Dispersion // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2017. – Т. 33. – №. 3. – С. 1107-1114. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2017.2766169

11. Simić M., Jeoti V., Stojanović G.M. Parameter extraction of the Cole-impedance model for in-situ monitoring of electrochemical sources // Journal of Energy Storage. – 2024. – Т. 77. – С. 109895. https://doi.org/10.1016/j.est.2023.109895

Для цитирования:

Захвалинский В.С., Никуличева Т.Б., Никулин И.С., Вязьмин В.В., Маширов А.В., Милостной Д.Н. Исследование электропроводности дигидрата сульфата кальция (CaSO₄·2H₂O) и его перспективы применения в электронике // Журнал радиоэлектроники. – 2026. – №. 8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2026.8.2