Борман В.Д. - Физические основы методов исследования наноструктур и поверхности твёрдого тела (1027497), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Приболее высоких температурах T>940 K поверхность после экспозиции в кислороде в пределах точности измерений остается гладкой.Из изложенного следует, что вблизи порога зародышеобразования в опытах при постоянном давлении кислорода с увеличениемтемпературы происходит последовательная смена режимов взаимодействия кислорода с поверхностью Si(100). Режим формированиятвердого оксида на гладкой поверхности сменяется режимом образования оксида на шероховатой поверхности, а при дальнейшемповышении в исследованной области температур происходит лишьогрубление поверхности в присутствии хемосорбированного кислорода.2.8.2.
Прямое наблюдения монослойного роста оксидныхслоев на поверхности Si(100) на начальной стадииокисления с помощью РФЭСКак отмечалось ранее, вблизи поверхности атомы кремния находятся в четырех оксидных состояниях, Si n+ (n=1, 2, 3, 4). РФЭспектры Si2p в этих оксидных состояниях приведены на рис.2.42.Рис. 2.44. Кинетика образования оксидной фазы кремния в разных состояниях,включая стадию начального окисления.
Фиксируемое уменьшение вклада состояний Si+ и Si2+ при нагреве в СВВ изображено стрелкой. Кривая SiΣ представляетсобой суммарную концентрацию атомов Si , находящихся во всех четырех оксидных состояниях Si+, Si2+, Si3+ и Si4+ 25)25)V.D. Borman, E.P. Gusev, Yu.Yu. Lebedinskii, V.I. Troyan // Phys. Rev. Lett. 67(1991) p.2387.117Кинетика изменения этих оксидных состояний представлена нарис.2.44.Видно, что кривая SiΣ, представляющая собой суммарную концентрацию атомов Si, находящихся в четырех оксидных состояниях, носит ступенчатоподобный характер, с размером каждой из ступенек соответствующей 1 ML, что отвечает послойному ростутвердого оксида SiO2.2.8.3.
Исследование кинетики роста островков оксиднойфазы на поверхности Ni в окрестности точки КюриЭкспериментальное исследование кинетики образования оксидной фазы на поверхности Ni при субмонослойных покрытиях в широком интервале температур, включающим точку Кюри, с использованием РФЭС и СРМИ (электронный спектрометр XSAM-800).Рис. 2.45. Фотоэлектронные спектры Ni 2p3/2 (а) и O 1s (б). Спектры 1 полученыпри Т=345 К и ε = 30 Л, 2– после нагрева экспонированного образца при Т=873 Кв течение 20 минНа рис.2.45,а приведены типичные спектры Ni2p в двух разныхсостояниях: металлическом и оксидном. Спектр (1) соответствуетспектру чистого металлического никеля с энергией связи ВE=853.0эВ, на втором спектре (2), пик с ВE=854.8 эВ, отвечает атомам никеля в оксидном состоянии. Спектры кислорода O1s, измеренныена никеле до (1) и после (2) экспозиции, представлены на118рис.2.45,б.
Спектр 1 соответствует атомам кислорода в никеле, находящимся в оксидном состоянии с ВE=530.0 эВ, спектр 2(ВE=531.5 эВ) соответствует сигналу от находящихся в приповерхностной области продиффундировавших атомов кислорода.Рис.2.46. Зависимость скорости образования оксидной фазы К на начальной стадии окисления Ni от обратной температуры в логарифмических координатах 26)Измерения зависимостей интенсивности пика O1s (BE=530,0 эВ)от температуры позволили определить кинетику роста оксиднойфазы на поверхности Ni в зависимости от экспозиции и температуры. Оказалось, что скорость окисления на начальной стадии с увеличением температуры уменьшается, что можно трактовать какпроцесс с отрицательной энергией активации. Обнаружено аномальное поведение скорости образования оксидной фазы в окрестности точки Кюри при субмонослойных покрытиях (рис.2.46).
Вточке Кюри наблюдается максимум скорости образования оксидной фазы, а в ферромагнитной – минимум. С ростом степени заполнения поверхности островками оксидной фазы особенностивблизи точки Кюри исчезают. Наблюдается лишь изменение энергии активации процесса при переходе через TC. Такое поведениескорости образования оксидной фазы в окрестности TC обусловленовлиянием динамики флуктуации магнитного момента в точке фазового ферро - параперехода.26)В.Д.
Борман, Е.П. Гусев, Ю.Ю. Лебединский, А.П. Попов, В.И. Троян // ЖЭТФ95 (1989) с.1378.1192.8.4. Анализ химического состава ПАН-волокнаВ настоящее время проявляется большой интерес к полиакрилонитрильным волокнам (ПАН-волокна), являющимся исходнымсырьем для углеродных волокон (УВ). Технология получения исвойства конечного продукта из ПАН-волокон определяется процессами, протекающими в объеме волокна, а также атомнымтранспортом в его приповерхностных слоях.
В соответствии с современными представлениями, структура и свойства приповерхностного слоя играют определяющую роль в процессах получения УВиз ПАН.Процесс переработки ПАН-волокна в УВ включает в себя следующие основные стадии:1) формирование ПАН-волокна из исходных веществ, которыемогут содержать установленные примеси;2) стабилизация под натяжением – окисление с последующейциклизацией. Окисление предполагает включение атомов кислорода в состав повторяющихся блоков макромолекулы ПАН, а циклизация – исключение несвязанных атомных групп;3) карбонизация – процесс пиролиза стабилизированного волокна, при котором происходит его превращение в УВ.
На этойстадии из волокна необходимо удалить практически все элементы,кроме углерода и небольшого количества азота;4. графитизация.Структура приповерхностного слоя играет определяющую роль,по крайней мере, на стадиях стабилизации карбонизации. Действительно, хорошо известно, что кинетика окисления материалов определяется процессами доставки кислорода в неокисленный слой,которые, в свою очередь, критическим образом зависят от структуры приповерхностного слоя, содержания в нем посторонних химических элементов и дефектов структуры. Например, образование вприповерхностных слоях оксидов элементов, таких как оксидкремния, может существенно затормозить процесс окисления,вплоть до его полного прекращения, приводя к возникновению дефектной структуры УВ.На стадии карбонизации наличие модифицированного слоя может приводить к запиранию в объеме волокна элементов (в том120числе примесных), которые необходимо удалять на этой стадии.Наличие этих элементов в объеме способствует появлению дефектной структуры УВ, и, следовательно, приводит к ухудшению егопрочностных свойств.Снижать прочность УВ могут также поверхностные дефекты,унаследованные от исходного ПАН-волокна, которые определяются непосредственно структурой приповерхностного слоя.В связи с этим возникает необходимость в проведении как объемных, так и поверхностных анализов состава исходного ПАНволокна с помощью методик, используемых в аналитическом сопровождении современных технологий получения наноструктурированных веществ.
Одной из таких методик является методикаРФЭС, позволяющая получать информацию о химическом составеповерхностных слоев исследуемого образца. На рис.2.47 представлены обзорные РФЭ спектры исходного и очищенного ионнымтравлением ПАН-волокна (а) и спектр линии C1s исходного волокна, разложенный на компоненты, отвечающий различным химическим связям.Рис. 2.47. Обзорные РФЭ спектры исходного и очищенного ионным травлениемПАН-волокна (а) и спектр линии C1s исходного волокна, разложенный на компоненты, отвечающий различным химическим связям (б)Анализ ПАН-волокна (см.
рис.2.47), проведенный с помощьюметода РФЭС, позволил определить относительные атомные содержания азота, углерода, кремния, кислорода, а также их соедине-121ний, наличие химических связей С-С и С-Н2, С-Н, C-N, С-О2, С-ОС, С-О-О-Н, SiO2, и SiOx в приповерхностном слое волокон толщиной ~5 нм. Дополнительное травление волокна ионами Ar+ позволило определить относительные атомные содержания азота, углерода и других элементов в приповерхностном слое толщиной до0.1 мкм.2.8.5. Эволюция электронной структуры нанокластеровблагородных металловМетод РФЭС активно используется для исследования эволюцииэлектронной структуры нанокластеров металлов на поверхностиподложки при уменьшении их размера. Так, в нанокластерах благородных металлов с уменьшением размера кластеров наблюдаетсяувеличение энергии связи остовных электронов (см.
рис.2.23), уширение спектральных линий остовных уровней, сужение спектра валентной зоны и изменение энергии спин-орбитального расщепления, свидетельствующие об изменении электронной структуры вкластере по сравнению с объемным металлом 27).Рис. 2.48. Нормированные по интенсивности РФЭ спектры линии Cu2p3/2 (а) ивозбуждаемые рентгеновским излучением оже-электронные спектры перехода СuL3M45M45 (б) для металлической меди (сплошная линия) и нанокластеров Cu среднего размера 15 Ǻ на поверхности графита (пунктирная линии)На рис. 2.48 приведены экспериментальные фотоэлектронныеспектры остовного уровня 2p3/2 и линии оже-электронов L3M45M4527)V.N. Nevolin, A.V. Zenkevich, X.Ch.
Lai, M.A. Pushkin, V.N. Tronin, V.I. Troyan //Laser Physics 11 (2001) p. 45.122для нанокластеров Cu со средним размером ~2 нм на поверхностиВОПГ(0001) и объемной меди, демонстрирующие размерный сдвигэнергии связи остовных электронов и кинетической энергии ожеэлектронов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
