Помощь студентам в учебе
Исследование отражающей способности поверхности меди после различных видов термообработки
|
Введение 3
Глава 1 Поверхность, её структура и свойства 7
1.1 Влияние поверхности на различные свойства материалов 7
1.2 Структура идеальной поверхности 9
1.3 Дефекты на поверхности 14
1.4 Анализ спектра отражения металлических поверхностей 17
Глава 2 Материал и методика эксперимента 23
2.1 Медь, свойства и применение 23
2.2 Термическое травление 28
2.3 Исследуемые образцы 29
2.4 Описание спектральной установки 33
2.4.1 Описание программы SpectraSuite 33
2.4.2 Общее описание и принцип работы
спектрометра и ЗБ4000 35
2.4.3 Оптическая схема 40
2.5 Оптическая микроскопия 42
2.5.1 Микроскоп «ЛЮМАМ-Р8» 43
2.5.2 Микроскоп «ЛЮМАМ – Р8» 45
2.6 Сканирующая зондовая микроскопия структуры поверхностного
плавления 46
Глава 3 Экспериментальные результаты 50
3.1 Структуры поверхности 50
3.1.1 Структура поверхности после термического травления
на микроскопе «ЛЮМАМ - Р8» 50
3.1.2 Структура поверхности после поверхностного плавления в
результате термообработки на микроскопе «ЛЮМАМ – Р8» 55
3.2. Спектры отражения 57
Заключение 60
Список использованных источников 61
Глава 1 Поверхность, её структура и свойства 7
1.1 Влияние поверхности на различные свойства материалов 7
1.2 Структура идеальной поверхности 9
1.3 Дефекты на поверхности 14
1.4 Анализ спектра отражения металлических поверхностей 17
Глава 2 Материал и методика эксперимента 23
2.1 Медь, свойства и применение 23
2.2 Термическое травление 28
2.3 Исследуемые образцы 29
2.4 Описание спектральной установки 33
2.4.1 Описание программы SpectraSuite 33
2.4.2 Общее описание и принцип работы
спектрометра и ЗБ4000 35
2.4.3 Оптическая схема 40
2.5 Оптическая микроскопия 42
2.5.1 Микроскоп «ЛЮМАМ-Р8» 43
2.5.2 Микроскоп «ЛЮМАМ – Р8» 45
2.6 Сканирующая зондовая микроскопия структуры поверхностного
плавления 46
Глава 3 Экспериментальные результаты 50
3.1 Структуры поверхности 50
3.1.1 Структура поверхности после термического травления
на микроскопе «ЛЮМАМ - Р8» 50
3.1.2 Структура поверхности после поверхностного плавления в
результате термообработки на микроскопе «ЛЮМАМ – Р8» 55
3.2. Спектры отражения 57
Заключение 60
Список использованных источников 61
«Мир явлений, связанных с границей раздела фаз, настолько широк, что трудно найти такие процессы, которые не были бы так или иначе связаны с поверхностью. Серьезные экспериментальные и теоретические исследования в этой области необходимы для понимания механизма атмосферных явлений, совершенствования технологии обработки материалов, получения сверхчистых поверхностей, синтеза новых более эффективных катализаторов, разработки высокоэффективных моющих и клеющих средств, антикоррозионных покрытий и многих других проблем. Многие из перечисленных выше проблем имеют принципиальное значение, и их решением занимаются самые различные специалисты» [1, с. 4].
Совокупность границ, разделяющих различные физические состояния, или фазы, называется поверхностью или границей раздела. Понятие «поверхность твердого тела» включает и границу раздела со всеми характерными для нее особенностями. Одной и той же поверхности обычно принадлежат атомы различных кристаллических (кристаллографических) плоскостей, характеризующихся различными кристаллографическими осями. Свойства каждой поверхности определяются не только присущим ей собственным порядком атомов, но и окружением, способным значительно влиять на ее характеристики. Из чего следует, что для описания свойств поверхности необходим микроскопический подход. Границами обладают все твердые тела и жидкости. Существуют, естественно, границы раздела и между различными фазами: жидкость или твердое тело и газ (вакуум); твердое тело и твердое тело; твердое тело и жидкость; жидкость и жидкость. Подразумевая под поверхностью непрерывную границу раздела, мы вновь приходим к выводу о необходимости микроскопического подхода, поскольку иначе нельзя описать ряд систем, обладающих специфическими границами.
На практике широко используются системы, состоящие из «несмешивающихся» компонентов типа «вода — масло» (к числу таких систем относятся, например, молоко и майонез). Эти системы обладают большой поверхностью границы раздела, и вопросы их стабилизации представляют значительный теоретический и практический интерес. Отдельную категорию веществ с ярко выраженными «поверхностными» свойствами составляют моющие средства, поверхностно-активные агенты, вспенивающиеся системы и т.д. Величина и свойства поверхности играют важную (или даже доминирующую) роль в тех случаях, когда решается вопрос о возможности применения того или иного вещества в промышленных процессах дезодорации, осушения и т.д.
На поверхности происходят реакции коррозии, через поверхность осуществляются передача теплоты при плавании и многое другое. В последние годы особенно повысился интерес к газофазным дисперсным системам (туман, пылевые скопления в атмосфере и т.п.), которые во многом определяют состояние окружающей среды.
С влиянием поверхности приходится сталкиваться почти везде. В химической промышленности используются катализаторы, поверхностной обработке подвергаются почти все изделия и продукты, катализ на поверхности используется для создания новых источников энергии. Понимание всех этих проблем требует нового и более тщательного исследования структур и свойств «активных» поверхностей. Катализ играет важную роль в деле сохранения чистоты окружающей среды, в частности в борьбе с загрязнением атмосферы вредными оксидами типа СО, МОЛ, 8С и другими соединениями. Учитывать и изучать роль поверхности необходимо также при разработке полупроводников, изучении электродных реакций или взаимодействия с излучением и т.п. [1].
Для того чтобы сформировать актуальность данной работы, приведем несколько тезисов, в которых попытаемся раскрыть тему исследования.
1 Поверхность - это особое состояние атомной системы кристалла. Особенность заключается в том, что атомные связи не все насыщены, поэтому можно говорить даже в идеале о разорванных (незавершенных) связах. Любая атомная система всегда анализируется как энергия системы. И говорить можно о том, что система может находится в равновесном или неравновесном состояниях. Тогда поверхность представляет собой, с точки зрения анализа энергии, конечно же, в неравновесном состоянии. В этом случае, мы должны признать, что поверхность - это состояние атомной системы как неравновесность, которая характеризуется поверхностной энергией кристалла.
2 Поверхность также является не гладкой, на ней всегда находятся различные дефекты ступени (атомного и неатомного масштаба), террасы, изломы. Наличие такой структуры еще больше увеличивает энергию поверхности.
3.Термообработка - это тепловое возбуждение атомной системы, амплитуды колебаний атомов увеличивается, поэтому возрастает вероятность перехода атомов в новое состояние. Понятно что это эффект может осуществляется если система релаксирует. А движущей силой релаксации является снижение энергии, т.е. энергия конечного состояния должна быть меньше начальной энергии. Разность энергий это и есть движущая сила.
В этой связи, анализ структур релаксации поверхности в ходе термообработки является актуальность задачей с точки зрения поверхности физики это важно как с научной точки зрения, так и с практической. Например, с практической точки зрения нужно знать отражающую способность поверхности.
Актуальность данной выпускной квалификационной работы обусловлена важностью связи структуры металлической поверхности и способности этой структуры отражать электромагнитное излучение в широком диапазоне длин волн.
Цель данной выпускной квалификационной работы является исследование структуры поверхности меди после различных видов термообработки и отражающей способности этих поверхностей.
Задачи:
1 Изучить классическую модель террас - ступеней - изломов описывающую структуру свободной поверхности.
2 Получить равновесную структуру свободной поверхности меди в процессе высокотемпературного отжига в вакууме.
3 Провести исследование рельефа методом оптической микроскопии.
4 Провести исследование спектральных отражательных свойств сформированных поверхностных структур.
Научная новизна и практическая значимость: Результаты исследования могут быть использованы в технологии управления структурирования поверхностного рельефа для получения оптимальных структур, обладающих нужными отражательными спектральными свойствами.
Совокупность границ, разделяющих различные физические состояния, или фазы, называется поверхностью или границей раздела. Понятие «поверхность твердого тела» включает и границу раздела со всеми характерными для нее особенностями. Одной и той же поверхности обычно принадлежат атомы различных кристаллических (кристаллографических) плоскостей, характеризующихся различными кристаллографическими осями. Свойства каждой поверхности определяются не только присущим ей собственным порядком атомов, но и окружением, способным значительно влиять на ее характеристики. Из чего следует, что для описания свойств поверхности необходим микроскопический подход. Границами обладают все твердые тела и жидкости. Существуют, естественно, границы раздела и между различными фазами: жидкость или твердое тело и газ (вакуум); твердое тело и твердое тело; твердое тело и жидкость; жидкость и жидкость. Подразумевая под поверхностью непрерывную границу раздела, мы вновь приходим к выводу о необходимости микроскопического подхода, поскольку иначе нельзя описать ряд систем, обладающих специфическими границами.
На практике широко используются системы, состоящие из «несмешивающихся» компонентов типа «вода — масло» (к числу таких систем относятся, например, молоко и майонез). Эти системы обладают большой поверхностью границы раздела, и вопросы их стабилизации представляют значительный теоретический и практический интерес. Отдельную категорию веществ с ярко выраженными «поверхностными» свойствами составляют моющие средства, поверхностно-активные агенты, вспенивающиеся системы и т.д. Величина и свойства поверхности играют важную (или даже доминирующую) роль в тех случаях, когда решается вопрос о возможности применения того или иного вещества в промышленных процессах дезодорации, осушения и т.д.
На поверхности происходят реакции коррозии, через поверхность осуществляются передача теплоты при плавании и многое другое. В последние годы особенно повысился интерес к газофазным дисперсным системам (туман, пылевые скопления в атмосфере и т.п.), которые во многом определяют состояние окружающей среды.
С влиянием поверхности приходится сталкиваться почти везде. В химической промышленности используются катализаторы, поверхностной обработке подвергаются почти все изделия и продукты, катализ на поверхности используется для создания новых источников энергии. Понимание всех этих проблем требует нового и более тщательного исследования структур и свойств «активных» поверхностей. Катализ играет важную роль в деле сохранения чистоты окружающей среды, в частности в борьбе с загрязнением атмосферы вредными оксидами типа СО, МОЛ, 8С и другими соединениями. Учитывать и изучать роль поверхности необходимо также при разработке полупроводников, изучении электродных реакций или взаимодействия с излучением и т.п. [1].
Для того чтобы сформировать актуальность данной работы, приведем несколько тезисов, в которых попытаемся раскрыть тему исследования.
1 Поверхность - это особое состояние атомной системы кристалла. Особенность заключается в том, что атомные связи не все насыщены, поэтому можно говорить даже в идеале о разорванных (незавершенных) связах. Любая атомная система всегда анализируется как энергия системы. И говорить можно о том, что система может находится в равновесном или неравновесном состояниях. Тогда поверхность представляет собой, с точки зрения анализа энергии, конечно же, в неравновесном состоянии. В этом случае, мы должны признать, что поверхность - это состояние атомной системы как неравновесность, которая характеризуется поверхностной энергией кристалла.
2 Поверхность также является не гладкой, на ней всегда находятся различные дефекты ступени (атомного и неатомного масштаба), террасы, изломы. Наличие такой структуры еще больше увеличивает энергию поверхности.
3.Термообработка - это тепловое возбуждение атомной системы, амплитуды колебаний атомов увеличивается, поэтому возрастает вероятность перехода атомов в новое состояние. Понятно что это эффект может осуществляется если система релаксирует. А движущей силой релаксации является снижение энергии, т.е. энергия конечного состояния должна быть меньше начальной энергии. Разность энергий это и есть движущая сила.
В этой связи, анализ структур релаксации поверхности в ходе термообработки является актуальность задачей с точки зрения поверхности физики это важно как с научной точки зрения, так и с практической. Например, с практической точки зрения нужно знать отражающую способность поверхности.
Актуальность данной выпускной квалификационной работы обусловлена важностью связи структуры металлической поверхности и способности этой структуры отражать электромагнитное излучение в широком диапазоне длин волн.
Цель данной выпускной квалификационной работы является исследование структуры поверхности меди после различных видов термообработки и отражающей способности этих поверхностей.
Задачи:
1 Изучить классическую модель террас - ступеней - изломов описывающую структуру свободной поверхности.
2 Получить равновесную структуру свободной поверхности меди в процессе высокотемпературного отжига в вакууме.
3 Провести исследование рельефа методом оптической микроскопии.
4 Провести исследование спектральных отражательных свойств сформированных поверхностных структур.
Научная новизна и практическая значимость: Результаты исследования могут быть использованы в технологии управления структурирования поверхностного рельефа для получения оптимальных структур, обладающих нужными отражательными спектральными свойствами.
В ходе исследование структуры поверхности меди после различных видов термообработки и отражающей способности этих поверхностей.
1 Высокотемпературный отжиг меди при предплавильной температуре позволяет сформировать равновесную поверхность, структура которой зависит от ориентации зерен в поликристаллическом агрегате.
2 Обнаружено существование двух уровней организации рельефа: микроуровень, формирующий поверхность из атомных террас-ступеней- изломов и макроуровень, характеризующийся периодичностью в распределении структур поверхностной кристаллизации.
3 Полученные спектры свидетельствуют о влиянии сформированной макроструктуры на отражающую способность.
1 Высокотемпературный отжиг меди при предплавильной температуре позволяет сформировать равновесную поверхность, структура которой зависит от ориентации зерен в поликристаллическом агрегате.
2 Обнаружено существование двух уровней организации рельефа: микроуровень, формирующий поверхность из атомных террас-ступеней- изломов и макроуровень, характеризующийся периодичностью в распределении структур поверхностной кристаллизации.
3 Полученные спектры свидетельствуют о влиянии сформированной макроструктуры на отражающую способность.