LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Пошарова вторинно-електронна спектроскопія монокристалічних сплавів

(ОЕС), іонізаційної спектроскопії (ІС), спектроскопії плазмових коливань (СПК) в широкому діапазоні температур від кімнатної до 1500К, а також безпосередньо в процесі низькоенергетичного іонного бомбардування;

– дослідити зміни спектрів характеристичних втрат енергії електронів в низькоенергетичному діапазоні при нагріві та при іонному бомбардуванні зразків, встановити фізичну природу тонкої спектральної структури, що відображає специфічні поверхневі властивості монокристалічних сплавів (колективні моди коливань, збудження атомів поверхневого шару і т.п.);

– розробити методику неруйнівного пошарового відновлення інформації за даними СПК і ІС з моношаровим розділенням на основі кількісної залежності середньої довжини вільного пробігу електронів в твердому тілі відносно непружних зіткнень;

– дослідити концентраційні профілі, що формуються в приповерхневій області неупорядкованого монокристалічного сплаву Pt80Co20 граней (100) і (111) в процесі термодинамічної рівноважної сегрегації методом ІС;

– вивчити механізм та кінетику пошарової термостимульованої поверхневої сегрегації компонентів і хімічного упорядкування в сплаві Pt80Co20(111);

– провести неруйнівний пошаровий аналіз методом СПК і ДПЕ коефіцієнтів теплового розширення і визначити силові константи для поверхні монокристалічного сплаву Pt80Co20(111);

– дослідити концентраційний профіль та характеристики атомної структури поверхні, що формуються в приповерхневій області монокристала Pt80Co20(111) в результаті бомбардування іонами Ar+ різними дозами.

Наукова новизна отриманих результатів. Створена експериментальна надвисоковакуумна автоматизована установка, яка дозволяє проводити пошарові дослідження атомно-чистої поверхні твердих тіл методами низькоенергетичної електронної спектроскопії. На підставі систематичного дослідження спектрів ВЕЕ в інтервалі енергії первинних електронів 5

Показано, що за допомогою спектроскопії плазмових втрат можна встановити границю поділу поверхня-об'єм в монокристалічних сплавах. Проведений дисперсійний аналіз енергій плазмонів для неупорядкованого сплаву Pt80Co20(111) показав, що середня густина вільних електронів в поверхневому шарі приблизно на 5-7% нижча, ніж в об'ємі кристалу.

Результати пошарового відновлення профілю концентрації неупорядкованого сплаву Pt80Co20 граней (100) і (111) за даними іонізаційної спектроскопії показали, що склад поверхні має осцилюючий, затухаючий в об'ємі профіль, що обумовлено особливостями міжатомної взаємодії в сплавах, які мають тенденцію до упорядкування. Встановлено, що для більш рихлої грані (100) осциляції профілю поширюються до 7 шару, а для (111) тільки до 5 шару, при цьому для обох граней поверхня сплаву складається з чистої Pt.

Знайдено, що термостимульована сегрегація неупорядкованого сплаву Pt80Co20(111) призводить, в основному, до вирівнювання осциляцій профілю концентрації до об'ємного значення. Проте, при Т = 5500С було знайдено характерне утворення сендвич-подібної структури в перших трьох атомних шарах сплаву. Встановлено, що перерозподіл компонентів сплаву у верхніх шарах відбувається по вакансійному механізму.

Методом ДПЕ знайдено, що на поверхні сплаву Pt80Co20(111), як і в його об'ємі, існує фазовий перехід порядок-безпорядок першого роду. Також встановлено, що середній квадрат зміщення атомів поверхні для упорядкованого стану більше, ніж для неупорядкованого.

Кількісне пошарове дилатометричне дослідження приповерхневої області сплаву Pt80Co20(111) методом СПК показало, що коефіцієнт термічного розширення гратки поверхні сплаву в 3 рази більше, ніж в об'ємі. Це свідчить про збільшення ангармонійної компоненти міжатомної взаємодії в поверхневих шарах.

Вивчена можливість отримання упорядкованого стану сплаву Pt80Co20(111). В результаті тривалого вакуумного відпалу сплаву була отримана хімічно упорядкована поверхня по типу L12. На поверхні сплаву Pt80Co20(111) методом ДПЕ була виявлена надструктурна гратка р(2х2) (баклінг-структура). Результати пошарового відновлення складу для упорядкованого стану поверхні показали, що перший атомний шар складається з Pt, а для решти поверхневих шарів спостерігалися незначні осциляції концентрації атомів Pt і Со.

У рамках лінійної каскадної теорії встановлено, що низькоенергетичне опромінення іонами Аr+ з енергією 600 еВ неупорядкованого сплаву Pt80Co20(111) призводить до переважного розпилення Со та збагаченню поверхні атомами Pt. Формування концентраційного профілю під поверхнею (зміненого шару) відбувається під дією механізмів перенесення і визначається, головним чином, процесами радіаційно-стимульованої сегрегації і радіаційно-прискореної дифузії. Методом СПК визначено, що низькоенергетичне іонне опромінення призводить, в основному, до стиснення міжплощинної відстані.

Практичне значення отриманих результатів. Нові методи неруйнівного пошарового аналізу фізико-хімічних властивостей, які були запропоновані в даній роботі, зокрема іонізаційна спектроскопія для пошарового аналізу і пошарова дилатометрія з використанням спектроскопії плазмових коливань в поєднанні із спектроскопією енергетичних зсувів рефлексів ДПЕ, представляють науковий і практичний інтерес для подальшого вдосконалення методів і приладів для аналізу нанорозмірної поверхні твердих тіл.

Дані по зміні елементного складу поверхневих шарів внаслідок термо- і радіаційно-стимульованої сегрегації дозволяють дати рекомендації при розробці каталізаторів з керованою активністю та інших матеріалів із заданими поверхневими властивостями, наприклад, магнітних дисків зберігання інформації. Одержані в роботі дані по пошаровому розподілу динамічних характеристик можуть бути корисні для вдосконалення динамічної теорії ДПЕ, що використовує ці характеристики як неструктурні параметри. Ці результати, а також дані по термічному розширенню необхідно враховувати при вивченні таких властивостей поверхні, як теплоємкість, теплопровідність, електроопір, а також формування фононного спектру.

Результати дослідження впливу іонного бомбардування на склад і структуру приповерхневої області важливі для удосконалення методів діагностики і модифікації металевих поверхонь іонними пучками.

Особистий внесок здобувача. Приведені в дисертації результати одержані здобувачем в співпраці з науковим керівником і іншими співавторами у відділі атомної структури і динаміки поверхні Інституту металофізики їм. Г.В. Курдюмова НАН України. Здобувачем розроблено комплекс методик пошарового аналізу фізико-хімічних характеристик поверхні з моношаровим розділенням, виконані експериментальні дослідження та розрахунки складу і структури монокристалічних сплавів. Здобувач брав безпосередню участь в обговоренні результатів, формулюванні висновків і написанні статей.