ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2024. №11

УДК: 537.86; 631.432.2; 528.88

Функция распределения времен

диэлектрических релаксаций

в минеральной среднеглинистой почве

Ю.И. Лукин, А.Ю. Каравайский

Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук

– обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН

660036, Красноярск, ул. Академгородок 50, стр.38

Статья поступила в редакцию 9 августа 2024 г.

Аннотация. Измерены спектры комплексной диэлектрической проницаемости образцов минеральной среднеглинистой почвы из Краснодарского края, Российской Федерации, с различной влажностью при температуре 20℃, в частотном диапазоне электромагнитных волн от 15 МГц до 50 ГГц. Проведен анализ диэлектрических релаксаций в исследуемой влажной почве с помощью метода восстановления функции распределения времен релаксаций из измеренных спектров комплексной диэлектрической проницаемости. Обнаружено, что для влажной минеральной почвы функция распределения времен релаксаций является дискретной с четырьмя релаксациями. Исследованы времена и относительный вклад диэлектрических релаксаций в спектр комплексной диэлектрической проницаемости минеральной почвы в зависимости от влажности в рассматриваемом частотном диапазоне.

Ключевые слова: диэлектрическая проницаемость, минеральная почва, спектроскопия, функция распределения времен релаксации.

Финансирование: Работа выполнена в рамках научной тематики Госзадания Института Физики СО РАН.

Автор для переписки: Лукин Юрий Иванович, rsdlu@ksc.krasn.ru

Литература

1. Balanis C.A. Advanced engineering electromagnetics. – John Wiley & Sons, 2012.

2. Eloranta J. K., Kadaba P. K. Dielectric relaxation of acetonitrile and propionitrile in benzene and carbon tetrachloride solutions // Materials Science and Engineering. – 1971. – V. 8. – No. 4. – P. 203-209.

3. Tsuge K. Mechanical and Dielectric Relaxations in Paraffin Crystals // Japanese Journal of Applied Physics. – 1964. – V. 3. – No. 10. – P. 588.

4. Hoffman J.D., Williams G., Passaglia E. Analysis of the α, β, and γ relaxations in polychlorotrifluoroethylene and polyethylene: Dielectric and mechanical properties // Journal of Polymer Science Part C: Polymer Symposia. – New York : Wiley Subscription Services, Inc., A Wiley Company, 1966. – V. 14. – No. 1. – P. 173-235.

5. Ye J.Z. et al. Dielectric Characteristics of Hydrated Paraffin // Advanced Materials Research. – 2012. – V. 535. – P. 2544-2549.

6. Kremer F., Schönhals A. (ed.). Broadband dielectric spectroscopy. – Springer Science & Business Media, 2002.

7. Cole K.S., Cole R.H. Dispersion and absorption in dielectrics I. Alternating current characteristics // The Journal of chemical physics. – 1941. – V. 9. – No. 4. – P. 341-351.

8. Davidson D.W., Cole R.H. Dielectric relaxation in glycerol, propylene glycol, and n‐propanol // The Journal of Chemical Physics. – 1951. – V. 19. – No. 12. – P. 1484-1490.

9. Havriliak S., Negami S. A complex plane analysis of α‐dispersions in some polymer systems // Journal of Polymer Science Part C: Polymer Symposia. – New York : Wiley Subscription Services, Inc., A Wiley Company, 1966. – V. 14. – No. 1. – P. 99-117.

10. Giese K. On the numerical evaluation of the dielectric relaxation time distribution function from permittivity data // Advances in Molecular Relaxation Processes. – 1973. – V. 5. – No. 4. – P. 363-373.

11. Imanishi Y., Adachi K., Kotaka T. Dielectric relaxation spectra for the bulk and concentrated solutions of cis‐polyisoprene // The Journal of chemical physics. – 1988. – V. 89. – No. 12. – P. 7593-7598.

12. Belyaev B.A., Drokin N.A., Shabanov V.F. Reconstruction of the distribution function of relaxation times for 7CB and 7OCB liquid crystals from dielectric spectra // Physics of the Solid State. – 2006. – V. 48. – P. 973-978.

13. Bello A., Laredo E., Grimau M. Distribution of relaxation times from dielectric spectroscopy using Monte Carlo simulated annealing: Application to α− PVDF // Physical review B. – 1999. – V. 60. – No. 18. – P. 12764.

14. Zasetsky A.Y., Buchner R. Quasi-linear least squares and computer code for numerical evaluation of relaxation time distribution from broadband dielectric spectra // Journal of Physics: Condensed Matter. – 2010. – V. 23. – No. 2. – P. 025903.

15. Macutkevic J., Banys J., Matulis A. Determination of the distribution of the relaxation times from dielectric spectra // Nonlinear analysis: modelling and control. – 2004. – V. 9. – No. 1. – PС. 75-88.

16. Lawson C.L., Hanson R.J. Solving least squares problems. – Society for Industrial and Applied Mathematics, 1995.

17. Beurthey S., Zaoui A. Structural morphology and relaxation spectra of viscoelastic heterogeneous materials // European Journal of Mechanics-A/Solids. – 2000. – V. 19. – No. 1. – P. 1-16.

18. Whittall K.P., MacKay A.L. Quantitative interpretation of NMR relaxation data // Journal of Magnetic Resonance (1969). – 1989. – V. 84. – №. 1. – P. 134-152.

19. Bobrov P.P., Kroshka E.S., Muzalevskiy K.V. The Effect of Dielectric Relaxation Processes on the Complex Dielectric Permittivity of Soils at Frequencies from 10 kHz to 8 GHz–Part II: Broadband Analysis // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. – 2023.

20. Миронов В.Л., Лукин Ю.И. Многорелаксационная температурная модель комплексной диэлектрической проницаемости бентонитовой глины в диапазоне частот от 15 МГц до 15 ГГц // Радиотехника. – 2019. – Т. 83. – №. 12. – С. 33-45.

21. Mironov V., Savin I.A temperature-dependent multi-relaxation spectroscopic dielectric model for thawed and frozen organic soil at 0.05–15 GHz // Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C. – 2015. – V. 83. – P. 57-64.

22. Loewer M. et al. Ultra-broad-band electrical spectroscopy of soils and sediments–A combined permittivity and conductivity model // Geophysical Journal International. – 2017. – V. 210. – No. 3. – P. 1360-1373.

23. Arcone S.A., Grant S.A., Boitnott G.E. Maxwell–Wagner relaxation in two desert soils at medium and high water contents: Interpretation from modeling of time domain reflectometry data // IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. – 2015. – V. 9. – No. 1. – P. 201-211.

24. Mironov V.L. et al. Method of retrieving permittivity from S₁₂ element of the waveguide scattering matrix // 2013 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON). – IEEE, 2013. – P. 1-3.

25. Фрелих Г. Теория диэлектриков. Диэлектрическая проницаемость и диэлектрические потери. – М.: ИЛ. – 1960.

26. Grant E.H., Buchanan T.J., Cook H.F. Dielectric behavior of water at microwave frequencies // The Journal of Chemical Physics. – 1957. – V. 26. – No. 1. – P. 156-161.

27. Wu A., Sun Y., Liu X.P. Granular dynamic theory and its applications. – Metallurgical Industry Press. – 2008.

Для цитирования:

Лукин Ю.И., Каравайский А.Ю. Функция распределения времен диэлектрических релаксаций в минеральной среднеглинистой почве. // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – №. 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.11.18