Zusätzliche dielektrische Verluste starrer, polarer Moleküle in verdünnter Lösung bei Frequenzen oberhalb des Maximums der Debye-Absorption / Additional Dielectric Loss of Rigid Polar Molecules in Dilute Solutions at Frequencies in the Far Infrared [FIR]

Abstract

The dielectric loss of ten polar molecules in dilute solutions has been measured in the 0.3 GHz to 300 GHz range. Besides the Debye-absorption of the polar molecules, in all solvents, i.e. heptane, cyclohexane, mesitylene and decalin there could be separated an additional part of dielectric loss in the range of mm-waves. This absorption has been approximated by a Debye-curve to gain the step of dispersion and the time-constant.The dielectric loss of the unpolar solvents themselves, which is due to collision induced dipole moments, has also been investigated. The results are discussed and compared with the FIR-absorption of the polar molecules. ImMikrowellengebiet zeigen viele dielektrische Stoffe anomale Dispersion. Die Dielektrizitätskon-stante (DK) fällt mit steigender Frequenz eines angelegten elektrischen Wechselfeldes vom statischen Wert in einem breiten Dispersionsbereich monoton stufenförmig ab. Die damit zusammenhängende Absorption im Dielektrikum durchläuft in diesem Frequenzband ein Maximum. Diese Frequenzabhängigkeit der DK gibt u. a. Aufschlüsse über Orientierungsprozesse der polaren Moleküle in dielektrischen Substanzen. Um dabei speziell in Flüssigkeiten Dipol-Dipol-Wechselwirkungen auszuschließen, werden die dielektrischen Verluste an sehr verdünnten Lösungen der polaren Moleküle in unpolaren Lösungsmitteln bestimmt. Für solche Moleküle müßte nach der Debye'schen Theorie 1 die Absorptionskurve in logarithmischer Frequenzdarstellung symmetrisch verlaufen mit einer für Relaxationsprozesse geringsten Halbwertsbreite. Dies ist gleichbedeutend mit dem Abklingen der Polarisation mit nur einer Zeitkonstanten bei sprunghafter Änderung eines außen angelegten elektrischen Feldes. Absorptionsmessungen vieler Autoren zeigen bei starren Molekülen aber häufig Abweichungen hiervon. So findet man symmetrische oder auch unsymmetrische Verbreiterungen der Absorptionskurven 2-4 . Zudem ist oft die mit statischer DK und Brechzahl für sichtbares Licht gemessene Dispersionsstufe größer als die aus dem Absorptions-* Reprint requests to Dr. Wolfgang Noerpel, Farbenfabriken Bayer AG, D-5600 Wuppertal-Elberfeld. maximum der Meßkurve bestimmte. Da zusätzliche dielektrische Absorption bei längeren Wellen durch vergleichende Dispersionsmessungen im MHz-Bereich ausgeschlossen werden können, sind bei mmund Submillimeterwellen noch weitere Verluste zu erwarten. Heute sind Messungen des dielektrischen Verlustes an verdünnten Lösungen bis zu 1 mm Wellenlänge mit der erforderlichen Genauigkeit von 2 bis 3% durchführbar 2 .Im folgenden soll das dielektrische Verhalten an starren, möglichst großen Molekülen in verdünnter Lösung unter besonderer Berücksichtigung des Grenzbereichs zum fernen Infrarot (FIR) hin systematisch untersucht werden. Die Meßdaten werden in Abhängigkeit vom Volumen der Dipolmoleküle und von der Viskosität der sowohl aromatischen wie aliphatischen Lösungsmittel und bei verschiedenen Temperaturen verfolgt. ExperimentellesGemessen wurde die Absorptionsgröße Az' in Abhängigkeit vom Molenbruch x der Lösung zwischen 0....