Лекция-8 Гетерогенное зародышеобразование
Капля жидкости на плоской поверхности Лекция-8 пар ж пж ж тж тж тп пж тп Твердое тело Смачивание Несмачивание Минимизация суммарной поверхностной энергии: тж. Атж + пж. Апж + тп. Атп min Равновесная величина контактного угла определяется уравнением Юнга-Дюпре: тп = тж + пжcos Контактный угол: < смачивание 900 cos =( тп - тж)/ пж > 900 несмачивание
Лекция-8 Когезия - Адгезия Работа разрыва столбика жидкости единичного сечения Фаза а = б Фаза а б Wк - Работа когезии Wa - Работа адгезии Wк = 2 пж Wа= пж+ тп- тж Мера межмолекулярного взаимодействия в объеме гомогенной конденсированной фазы. Мера интенсивности взаимодействия двух контактирующих фаз. Wa/Wk = 0. 5(1+cos ) или cos = 2 Wa/Wk – 1 = Wa/ пж – 1.
Лекция-8 Когезия - Адгезия cos - соотношение работ адгезии и когезии, т. о. степень фильности контактирующих фаз. Твердые тела, образующие с жидкостью контактный угол: < 900 > 900 лиофильный лиофобные Смачиваемость: Угол cos Wa/Wk 0 1 1 Полное смачивание От 0 до 900 От 0 до 1 От 0. 5 до 1 Смачивание 900 0 0. 5 равновесие От 900 до 1800 От 0 до -1 От 0 до 0. 5 Несмачивание
Особенности роста кристаллических частиц Лекция-8 Система: «хозяин» - поверхность кристалла того же вещества. Классическая теория роста кристаллов Косселя-Странского Медленный (квазиравновесный) рост монокристалла осуществляется путем последовательного наращивания монослоев на гранях, в результате эти грани передвигаются в направлении своих нормалей, оставаясь параллельными самим себе. Форма монокристаллов стремится к равновесной по правилу Вульфа. Различные места осаждения элементов ионной решетки Na. Cl. Выделение энергии n при осаждении в местах типа n (в отн. ед. ): 1=1. 0, 2=2. 7, 3=13. 2, 4=7. 5, 5=3. 7, 6=1. 3.
Образование винтовой дислокации Скольжение произошло в плоскости ABCD в направлении вектора скольжения. Дислокационная линия АВ, которая показывает границу нарушений решетки, параллельна вектору скольжения. Лекция-8
Последовательные ступени роста по механизму винтовой дислокации Видно, как ступень AD, закручивается в спираль, растущую вокруг начала дислокации. Лекция-8
Лекция-8 Ступени роста по механизму винтовой дислокации Спираль роста на грани кристалла н-парафина, образовавшаяся из одной винтовой дислокации.
Лекция-8 Ступени роста по механизму винтовой дислокации Спираль роста на грани (100) кристалла сахарозы.
Особенности роста кристаллических частиц Лекция-8 Система: «хозяин» и «гость» различны по своей природе. Au/Na. Cl (напыление при 1500 С) (прогрев при 5000 С) Pd/слюда (напыление при 5000 С)
Лекция-8 Эпитаксия Epi – над, сверху, taxis – расположение - Ориентированный рост одного кристалла на поверхности другого. L Изменение термодинамического потенциала системы за счет образования зародыша гостя на поверхности хозяина: Зародыш гостя h G = -(L 2 h/ г) + L 2 W + 4 Lh гс хозяин W = гс + гх - хс = Wк - Wа W < 0 W > 0 W = 0 Полное смачивание Плохое смачивание Г/Г Г/Х Идентичность свойств «гостя» и «хозяина» Где г – «гость» , х – «хозяин» , с – «среда» , г – мольный объем «гостя» , изменение химического потенциала.
Лекция-8 Эпитаксия Epi – над, сверху, taxis – расположение - Ориентированный рост одного кристалла на поверхности другого. L Зародыш гостя h хозяин Изменение термодинамического потенциала системы за счет образования зародыша гостя на поверхности хозяина: G = -(L 2 h/ г) + L 2 W + 4 Lh гс W = гс + гх - хс = Wк - Wа Г/Г Г/Х Равновесная форма зародыша из условия минимума поверхностной энергии: h/L = W / Wк = 1 – Wa/Wк Размер критического зародыша из условия минимума G: Lкр = 4 г гс/ ; hкр = 2 г W/ ; Gкр = 16 г 2 гс W/ 2 Если хозяин и гость имеют кубическую решетку с одинаковым межатомным расстоянием а: W = (eгг – егх)/а 2 Где егг – энергия взаимодействия между атомами гостя, егх – энергия адсорбционного взаимодействия гость – хозяин.
Лекция-8 Характерные случаи роста зародыша L h Латеральный Нормальный Рост с сохранением равновесной формы
Лекция-8 Механизмы формирования частиц или пленок “гостя”, нанесенного на поверхность “хозяина” Механизм Франка-ван-дер-Мерве (Frank-van der Merve, FM): ü Послойный рост полимолекулярных (полиатомных) пленок; ü W < 0; ü Не требует пересыщения; ü г W/a eгг и егх < < 0. Реализуется для пар изоструктурных металлов (Au/Ag, Fe/Au) и полупроводников с очень близкими параметрами решеток. [1] Фенелонов В. Б. Введение в физическую химию формирования супрамолекулярной структуры адсорбентов и катализаторов. – Новосибирск: Из-во СО РАН, 2002, - 414 с. [2] Промышленный катализ в лекциях № 2. 2005. Под ред. проф. А. С. Носкова. – М. : Калвис, 2005. -128 с.
Лекция-8 Механизмы формирования частиц или пленок “гостя”, нанесенного на поверхность “хозяина” Механизм Фолмера – Вебера (Vollmer – Weber, VW): ü Механизм роста островков; ü W ≥ 0; ü Необходимо пересыщения; ü а – разница значений параметров решетки. Эпитаксия улучшается с уменьшением величины ς = 1 + ax / a где а х – параметр решетки хозяина. , Осаждение благородных металлов на поверхности щелочно-галоидных кристаллов и других солей, поверхности оксидов и графита. [1] Фенелонов В. Б. Введение в физическую химию формирования супрамолекулярной структуры адсорбентов и катализаторов. – Новосибирск: Из-во СО РАН, 2002, - 414 с. [2] Промышленный катализ в лекциях № 2. 2005. Под ред. проф. А. С. Носкова. – М. : Калвис, 2005. -128 с.
Лекция-8 Механизмы формирования частиц или пленок “гостя”, нанесенного на поверхность “хозяина” Механизм Странского - Крастанова (Stransky – Krastanov, SK): ü Механизм роста «слой плюс островки» ; ü W < 0 для первого слоя, но адгезия трехмерных частиц существенно меньше и W > 0. Осаждение Ag или Au на Si(111). [1] Фенелонов В. Б. Введение в физическую химию формирования супрамолекулярной структуры адсорбентов и катализаторов. – Новосибирск: Из-во СО РАН, 2002, - 414 с. [2] Промышленный катализ в лекциях № 2. 2005. Под ред. проф. А. С. Носкова. – М. : Калвис, 2005. -128 с.
Процесс слоевого роста Начальная стадия Лекция-8 Стадия продолжающегося роста
Схема роста наночастиц металла на подложке Лекция-8 Лекция-11
Лекция-8 Механизмы формирования частиц или пленок “гостя”, нанесенного на поверхность “хозяина” егг > егх < ехх Сильное взаимодействие «гость – гость» егг > егх > ехх Сильное взаимодействие «гость – гость» егг егх < ехх Сильное взаимодействие «хозяин – хозяин» егг < егх < ехх Сильное взаимодействие «гость – хозяин»
Скачать презентацию Лекция-8 Гетерогенное зародышеобразование Капля жидкости на плоской
LecSS-8(2012).ppt