Поверхностная диффузия - процесс, связанный (как и в случае объёмной диффузии) с перемещением частиц,
как правило, за счёт случайных тепловых блужданий (обычно атомов или молекул),
происходящих на поверхности конденсиров. тела в пределах первого поверхностного
слоя атомов (молекул) или поверх него. Наиб. полно изучена П. д. атомов
одного вида по поверхности твёрдого тела, состоящего пз атомов др. вида.
Энергетич. барьеры на поверхности, к-рые преодолеваются диффундирующими
частицами, существенно ниже энергетич. барьеров в объёме твёрдого тела.
Поэтому энергия активации для П. д. (иногда говорят "для миграции частиц")
QП составляет лишь часть Q0
- энергии активации для диффузии в объёме для той же пары диффундирующий
атом - матрица. В зависимости от кристаллографич. природы подложки, степени
покрытия поверхности диффузантом (адсорбатом), температуры, характера взаимодействия
частиц адсорбата и подложки и частиц адсорбата между собой реализуются
разл. механизмы П. д. Напр., при малых степенях покрытия атомы могут перемещаться
по поверхности поодиночке, практически не взаимодействуя между собой. При
больших степенях покрытия атомы могут образовывать "по дороге" двумерные
ассоциаты, растущие и разрушающиеся. Атомы на сильно смачиваемой подложке
(т. е. сильно притягиваемые подложкой) при больших степенях покрытия "примерзают"
в первом слое, а движение осуществляется по этому, собственному, слою атомов
с закреплением на краю распространяющегося слоя адсорбата. Возможно также
движение двумерных связанных групп (двумерное броуновское движение) или
даже перемещение нек-рых областей слоя как целого при погружении в него
из верхнего (избыточного) слоя новых частпц (солитонный механизм). Возможны
и иные промежуточные и комбиниров. механизмы П. д. Каждый из них характеризуется
вполне определённой QП, так что для одной и той
же пары веществ могут быть получены сильно различающиеся энергии активации
(и, соответственно, коэф. диффузии). Спектр QП и
реализующихся механизмов П. д. богаче, чем для объёмной диффузии. Обычно
П. д. рассматривают как процесс, определяющий изменение поверхностной концентрации
адсорбата от неравновесной к равновесной при наличии соответствующих градиентов
концентрации. В более общем случае имеют в виду вообще перемещение частиц
при тепловом движении. Так, в случае перемещения по поверхности твёрдого
тела собств. частиц (поверхностной самодиффузии) на первый взгляд не имеет
смысла говорить о концентрации, но вполне можно рассматривать концентрации
собств. частиц в разл. положениях на поверхности: одиночные, у края ступени,
в ступени и т. д. И если ситуация отличается от равновесной, перемещение
частиц приведёт к заметным изменениям шероховатости или даже формы поверхности.
П. д. и самодиффузия исследуются экспериментально
разл. методами, регистрирующими результат перемещения частиц (меченые атомы,
измерение работы выхода). Однако наиб. число данных по П. д., в
т. ч. весьма определённых и детализированных, получено методами полевой
эмиссионной микроскопии (электронной и ионной; см. Ионный проектор.
Атомный зонд). В этом случае, кроме измерения Qп, коэф.
диффузии, предэкспоненциального множителя в ур-нии диффузии, однозначно
определяется механизм перемещения частиц. Данные о П. д. важны для ряда
техн. приложений, таких как ионные двигатели, точечные источники ионов,
катоды и др., а также для решения смежных науч. задач: определения сил
связи на поверхности, изучения двумерных фазовых переходов, кинетики каталитич.
реакций, определения поверхностной энергии анизотропных твёрдых тел.
В. Н. Шредник
|
|
 |
