“Аморфты материалдар” лекциялары курсы
Вакуумдағы термиялық булану әдiстерi
жүктеу/скачать 5,58 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Тепе-теңдiк шартындағы булануы (Конудсен қатынасы).
- Вакуумдағы булану (Ленгмюр қатынасы).
- 3.3.1-шi сурет. Вакуумдағы аморфтық қабатты термиялық булау әдісімен алудың жалпы әдісі (а), және төсеніш пен нысананың ұстағыштарының сызбасы (б).
- Лездiк және плазмалы булану.
| 3.1.1. Вакуумдағы термиялық булану әдiстерi
Булану -- газдардың кинетикалық теориясы шеңберiнде сипаттауға болатын статистикалық процесс болып табылады. Тепе-тең күй сипатталады: 1 ) конденсациялалған және газды фазалардың аралығындағы бөлiмнiң беткі қабатындағы бөлшектерiнiң серпiмдi соқтығысуларымен; 2 ) газды фазаның бөлiнуімен және фаза бөлімінің бетiндегi бөлшектердің газды фазасының тұнбасымен сипатталады. Тепе-теңдiк шартындағы булануы (Конудсен қатынасы). Конудсен ұяшығындағы заттардың булануы кезінде процесс тепе-теңдік шартына бағынады. Булануды ортақ бетпен салыстырғанда буландырғыштағы саңылауы елемеуге болатын дәрежеде аз болады. Идеал газдың эффузиясының жылдамдығы –ді газдардың кинетикалық теориясының белгiлi теңдеумен анықтауға болады : (3.1) мұндағы М - молекулалық масса; - Максвелл-Больцманның үлестiрiлуiне сәйкес орташа жылдамдық. , Массаның уақытқа байланысты азаюын анықтай отырып, қаныққан бу қысымын есептеуге болады. Көп компоненттi жүйеде (3.1 ) теңдеуі компоненттерiнiң эффузиясының парциалды жылдамдықтарын сипаттайды, және осыдан рi компоненттердiң парциалды қысымдарын анықтауға болады. Жалпы алғанда будың құрамы уақыт бойынша өзгередi. Вакуумдағы булану (Ленгмюр қатынасы). Берілген уақытта көптеген заттарды буға айналдыру үшiн үлкен саңылаулары бар сыйымдылықтарды қолданады, мысалы тура немесе жанама қыздырылатын ашық қыш тостағандар немесе қайықтар. Бұл шарттарда жүйе тепе-теңдiк күйде емес. Булану процесі қатты немесе сұйық заттардың бетiн қиратқандағы жылдамдықпен анықталады, яғни осы процесстiң анықтаушы факторлары реакция болған орында оның кинетикасы мен жылу энергиясын тасымалдау болып табылады. Бұған қарамастан буланудың мұндай түрін сипаттау үшін (3.1 ) теңдеулердi қолданады, бiрақ бiршама өзгертiлген түрде : теңдеуге көбейткiштер енгізіледі. Бұл өлшем әрқашан да 1-ден кем болуы керек: (3.2) мұндағы - бу ағынындағы бөлшектердiң орташа молекулалық массасы. Вакуумдағы еркiн булану жылдамдығының температурадан тәуелдiлiгінен (3.3) буланудың активациялық энергиясын ΔE* есептеуге болады. Төсеніштің төменгі температурасында және төсеніш пен буландырғыштың аралығында тұнған қабаттардың кері булануы жүреді, яғни буланудың эксперименттік жылдамдығынан R*исп заттың булану бағытын анықтай отырып конденсация жылдамдығын R*конд анықтауға болады. Егер конденсацияның есептеп табылған жылдамдығы эксперименттік мәнмен сәйкес келсе, онда барлық процесс осы үлгiмен сипатталған деп айтуға болады. Төсеніштің температурасы қаншалықты төмен болса, тұнған қабатқа қоспаларды енгізу қауіпі соншалықты көп болады, мысалы буландырғыш қондырғының кеңістігін қоршаған немесе газдардың тартып шығарудан кейiн қалған. Бұдан басқа мұндай жағдайдаларда төсеніште ауада тез өзгеретін борпылдақ және ұсақ саңылаулары бар қабаттар түзіледі. Тәжірибеде төсеніштің жоғары температурасында барынша ұзақ ұстауға тырысады.Анықталған әдiстер берілген материалдың шынылану температурасымен және шыны тәрiздi қабыршақтың үстiндегі бу қысымымен байланысты. Булану жылдамдығы 0,1 - 0,5 нм/с төсеніштің 298 К температурасында орындалады, мысалы, Ge4Se5Te-ны буландырған кезде тығыз қабыршақ түзілуі үшін жоғарғы қабаттағы жеткілікті дәрежеде жылжуын қамтамасыз етеді. Мұндай қабыршақтардың қасиеттерiнің iс жүзiнде шынының тығыз үлгiлерiнiң қасиеттерiнен айырмашылығы болмайды. Германийдің аморфты қабатын алған кезде тұнудың аналогиялық жылдамдығы 470К температурада үйлесімді. 3.1,а суретте құрылғы конструкцияның варианттарының бірі поликристалдық қоспалардан шыны тәрiзді материалды буландыру арқылы аморфты қабыршақты алу келтірілген. 3.3.1-шi сурет. Вакуумдағы аморфтық қабатты термиялық булау әдісімен алудың жалпы әдісі (а), және төсеніш пен нысананың ұстағыштарының сызбасы (б). 1-тантал қайық, 2-негізгі материал, 3-алдын ала қыздырылған танталды қайық пен негізгі материал орналастырылатын мыс блок, 4- су астындағы ток және температура датчигі, 5-будың ағынын реттеуші бұрылған қалқа, 6-кварц пьезодатчик, 7-төсеніштің ауыспалы ұстағыштарымен фиксирленген блок, 8, 9-ішкі контакт 10 үшін жұқа қабатты нысаналы бұрылған диск, 12,13-жылуды реттейтін жүйе, 14-төсеніштің ұстағышы, 15-жұқа қабаттың үлгісі, 16-нысаналы дискке арналған арретир. Айналмалы (3.1-шi сурет ) дискте әр түрлi нысаналар, төсеніштер орналастырылған. Диск айналған кезде бiр жұмыс циклiнде (вакуумдау ) бiрнеше аморфты үлгiлер алынады; сонымен қатар сол уақытта әр түрлi зерттеулер үшiн қолданылатын бiрнеше бiрдей үлгiлер дайындауға болады. Көп компоненттi жүйелер үшiн вакуумда булауда балқымалар немесе шыныны қолдану ыңғайлы, кристалды фазаларлың қоспаларына қарағанда бiркелкiрек жоғарғы бетке ие болады. Егер булануды өткiзу шартын будың құрамы уақытқа байланысты өзгермейтіндей етіп таңдап алуға мүмкіндік болса, онда гомогендік қабаттар тiптi буландырғыштағы шихтаның құрамы бастапқысынан ерекше болған жағдайда да түзіледі. Сонымен бiрге шихтаның құрамындағы өзгерiстің будың құрамына ықпалы біліне бастағанға дейін булану процесін тоқтату керек. Мысалы, байланыстың фракциялық бөлiнуiн буландырғыштағы зат массасына сәйкес іріктеу жолымен кiшiрейтуге болады. Бұл жағдайда лазерлік сәуле шығаруыдың немесе бағытталған электрондық сәуле шығарудың әсерінен термиялық буланудың қандай да бір артықшылығы болуы екіталай. Бұл әдiстердi қолданғанда үлгiнiң белгілі бір аз көлемiнен буланудың жоғарғы температурасына қол жеткізе отырып затты булауға болады. Бұл жағдайда буландырғыш камераның материалын таңдау мәселесi және зерттеліп отырған жүйеге ықпалы төмендейді. Лездiк булануға осы әдiстердi қолдану фракциялық бөлiнудi кiшiрейту ықтималдығы пайда болады. Лездiк және плазмалы булану. Лездiк булануда заттардың майда бөлшектерi (еркiн түсу жолымен) жоғары температураға дейiн қыздырылған жылдам буға айналатын реакторға түседі. Нәтижесінде газды фазада молекулалардың бөлiктерiнiң жиыны пайда болады. Жылдам буландыру салдарынан майда қатты бөлшектер бу ағынымен шұғылданады, кейін аморфты қабаттарға икемделедi. Осыған ұқсас құбылыстардан арылу және атомдық және молекулалық бу компоненттерінiң қабаттарын қамтамасыз ету үшiн буландырғыштың iшiне шағылатын қалқаларды орналастырады. Қалқаға соқтығысқан бу ағыны қозғалыс бағытын өзгертедi және ол аймақта жоғары температурадағы заттың болу уақытының ұзаруына және оның толық булануына алып келеді. 3.2-шi суретте iшiнде ретсiз орналасқан шағылатын қалқалары бар U әріпіне ұқсас жанама жылытқышы бар қондырғы көрсетілген. Мұндай конструкция халькогенид шынылардың лездiк булануына қолданылады. 3.2-сурет. Лездiк булануды өткiзуге арналған қондырғы. 1 - түйiршiктелген зат және дозатор, 2 - қорғайтын жылулық перде, 3 –салқындатқыш түтікше, 4- U әріпіне ұқсас, қалқалары бар кварцты түтікше, 5, 6 - қыздырғыш орамы, 7 - қорғайтын жылулық перде, 8 - салқындатқыш қорғайтын перде, 9 – 10 төсеніші бар салқындатқыш блок. Плазмалы булану әдiсінде (plasma-jet evaporation ) зат бөлшектерiнiң булануына арналған жоғары температуралық плазмалар қолданылады (зат буланғаннан кейiн плазмаға түседі). Сонымен заттың толық булануымен қатар бу ағынының жоғары жылдамдығына да қол жеткіземіз (20 км/с ); ағын тек тік сызық бойымен таралады. Егер вакуумда буға айналатын балқымаға электр өрiсiнің жоғары кернеулiк қосылса, онда иондалған бөлшектердiң эмиссиясы байқалады. жүктеу/скачать 5,58 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|