Змочування, поверхнева енергія і фазові переходи рідина  кристал в одно - і двокомпонентних конденсованих плівках - Автореферат

бесплатно 0
4.5 217
Розробка методики вимірювання крайових кутів змочування для конденсованих плівок металів і сплавів з використанням просвічуючої мікроскопії. Вивчення змочування в острівцевих плівках металів у залежності від розміру частинок і товщини плівок-підкладок.


Аннотация к работе
Так, наприклад, у 1960 році було виявлено ефект зміни механізму конденсації плівок на підкладці з градієнтом температур. Фізичне обґрунтування ефекту довгий час було предметом дискусії, але в результаті показано, що температура зміни механізму конденсації відповідає переохолодженню, яке необхідне для кристалізації рідких острівків на підкладці в даних умовах експерименту. На сьогодні експериментальні і теоретичні дослідження проводяться широким фронтом в різних напрямках фізики і хімії твердого тіла Особливе місце серед ультрадисперсних систем (їх називають також нанодисперсними системами) займають обєкти, у яких інтервал розмірів частинок або інших структурних одиниць складає 10-102 нм. Нарешті, формування частинок, розмір яких суттєво менший 10 нм, тісно повязано з кінетикою утворення зародків і наступною кристалізацію, оскільки приблизно саме такі розміри мають критичні зародки нової фази. На підставі аналізу експериментальних досліджень процесів змочування у високодисперсних системах типу "мікрокрапля - хімічно інертна підкладка", "мікрокрапля - плівка змінної товщини - підкладка” і “мікрокрапля - вільна аморфна карбонова плівка" вперше показано, що виявлений автором раніше розмірній ефект змочування у системі Sn/С має загальний характер і полягає у зменшенні кута змочування як при зменшенні розміру частинок In, Ві, Pb, Au, так і при зменшенні товщини плівок (підкладок) для систем In/С, Sn/С, Pb/С відповідно.У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації і розглянуто суть проблеми, яка досліджується. Наведено інформацію про особистий внесок здобувача, відомості про апробацію роботи, публікації і структуру дисертації. Розглянуто теоретичні моделі плавлення малих частинок, експериментальні методи і результати досліджень залежності температури плавлення малих частинок від їхнього розміру. З даних наукової літератури випливає, що з експериментів по плавленню малих частинок можна одержати відомості про ПЕ мікрочастинок або про МФЕ границі кристал - власний розплав. Розглянуто також результати експериментів по кристалізації однокомпонентних високодисперсних металевих розплавів з переохолодженого стану.Розглянуто і обґрунтовано ЕМ методики, застосовані для визначення крайових кутів змочування мікрокраплями твердих підкладок, використання яких дозволило досліджувати змочування в острівцевих плівках у широкому інтервалі кутів змочування (q900) і розмірів частинок від 3 нм до 105 нм і більших. Результати дослідження кінетики випаровування частинок у вакуумі свідчать про те, що параметр a також залежить від їхнього розміру, тому оцінені з експериментів значення параметра a для Pb і Au у табл. Для системи Pb/Ni/NACL (001) в інтервалі товщин плівок 5 нм? 40 нм, тобто при малих товщинах проміжного шару величина ?q набуває значень, які відповідають змочуванню масивної підкладки NACL, а при великих товщинах нікелевого шару кут ?q близький до кутів змочування свинцем компактного нікелю. При ЕМ дослідженнях профілів металевих крапель виявлено розходження у формі міжфазної границі "мікрокрапля - підкладка" для частинок, сконденсованих на вільні плівки і на плівки, що знаходяться на твердій поверхні. Величина прогину плівки (ступінь її деформації) залежить від її товщини і не залежить від розміру мікрокрапель у межах 30? 30 нм для систем In/C, Sn/C і Pb/C узгоджуються з даними, визначеними при вивченні розмірного ефекту при змочуванні з високодисперсною рідкою фазою (табл.У дисертації вирішено наукову проблему щодо встановлення загальних закономірностей фазових переходів рідина «кристал у високодисперсних конденсованих плівках однокомпонентних (In, Sn, Ві, Pb, Al, Ag, Au, Cu, Fe, Со, Ni) і двокомпонентних (Ві-Sb, Ві-Sn, Ві-Pb) металевих систем і їх звязку з розмірним ефектом, а також з поверхневими явищами на межі розподілу твердої і рідкої фаз. У роботі експериментально досліджено загальні закономірності плавлення і кристалізації наночастинок різних металів і бінарних сплавів, визначено вплив характерного розміру, ступеня змочування, а також домішок на переохолодження при кристалізації і поверхневу енергію конденсованих плівок. Основні наукові результати: Вперше на підставі одержаних експериментальних результатів і аналізу літературних джерел показано виконання закону відповідних станів при плавленні і кристалізації наночастинок різних металів (In, Sn, Ві, Pb, А1, Ag, Au, Cu, Fe, Со, Ni, Pt), який проявляється у тому, що у зведених координатах "TR/Ts - R/Ra", фазові стани наночастинок металів описуються загальною діаграмою “температура - розмір”. Із діаграми випливає: а) - зменшення температурного гістерезису при фазовому переході рідина«кристал зі зменшенням розміру наночастинок і наближення його до нуля для наночастинок критичного розміру; На прикладі острівцевих плівок вісмуту вперше встановлено залежність граничної температури кристалізації переохолоджених наночастинок від розміру і визначено розмірну залежність температурного гістерезису при фазових переходах рідина «криста

План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вывод
У дисертації вирішено наукову проблему щодо встановлення загальних закономірностей фазових переходів рідина « кристал у високодисперсних конденсованих плівках однокомпонентних (In, Sn, Ві, Pb, Al, Ag, Au, Cu, Fe, Со, Ni) і двокомпонентних (Ві-Sb, Ві-Sn, Ві-Pb) металевих систем і їх звязку з розмірним ефектом, а також з поверхневими явищами на межі розподілу твердої і рідкої фаз. У роботі експериментально досліджено загальні закономірності плавлення і кристалізації наночастинок різних металів і бінарних сплавів, визначено вплив характерного розміру, ступеня змочування, а також домішок на переохолодження при кристалізації і поверхневу енергію конденсованих плівок. Це вимагало розробки нових експериментальних методик і комплексного дослідження поверхневих явищ і процесів кристалізації в конденсованих плівках вказаних металів і бінарних систем в інтервалі розмірів частинок від одиниць до сотень нанометрів. Основні наукові результати: Вперше на підставі одержаних експериментальних результатів і аналізу літературних джерел показано виконання закону відповідних станів при плавленні і кристалізації наночастинок різних металів (In, Sn, Ві, Pb, А1, Ag, Au, Cu, Fe, Со, Ni, Pt), який проявляється у тому, що у зведених координатах "TR/Ts - R/Ra", фазові стани наночастинок металів описуються загальною діаграмою “температура - розмір”. Із діаграми випливає: а) - зменшення температурного гістерезису при фазовому переході рідина«кристал зі зменшенням розміру наночастинок і наближення його до нуля для наночастинок критичного розміру;

б) - зміна характеру фазового переходу рідина « кристал для наночастинок критичного розміру: із дискретного він стає неперервним.

На цій підставі запропоновано критичний розмір Rc розглядати як межу між наночастинками і кластерами.

2. На прикладі острівцевих плівок вісмуту вперше встановлено залежність граничної температури кристалізації переохолоджених наночастинок від розміру і визначено розмірну залежність температурного гістерезису при фазових переходах рідина « кристал. Це дозволило встановити критичний розмір наночастинок, нижче якого кристалізація проходить без переохолодження, а фазовий перехід рідина«кристал із дискретного стає неперервним. Критичній точці при кристалізації наночастинок вісмуту на аморфній карбоновій підкладці відповідає температура Tc»310±5 К і розмір Rc»2-3 нм”.

Показано, що міжфазна енергія кристал - власний розплав зменшується, починаючи з розмірів наночастинок ~20-25 нм і це є основною причиною зменшення енергетичного барєру при кристалізації, а також приводить до залежності температури кристалізації переохолоджених частинок від їх розміру.

3. На підставі одержаних у роботі результатів і аналізу даних, які є в наукових працях про величини переохолоджень при кристалізації показано, що як для острівцевих плівок металів (In, Sn, Ві, Pb, Ag, Au, Cu, Fe, Со, Ni, Pt), так і для плівок двохкомпонентних сплавів (Ві-Pb і Ві-Sb) величина максимального відносного переохолодження при кристалізації в умовах наближення до гомогенного зародження гранично складає »0,4 TS. Досягнуті експериментально граничні величини відносних переохолоджень для різних металів і бінарних сплавів в даний час лежать у інтервалі (0,33-0,38) Ts.

4. Із використанням експериментальних даних, одержаних при дослідженнях плівок змінного складу і змінного стану, побудовані фазові діаграми “температура - склад” для конденсованих плівок бінарних систем Ві-Sb, Ві-Sn і Ві-Pb товщиною 100 нм і більше, показана їх відповідність фазовим діаграмам масивних зразків. Встановлено, що при зменшенні товщини плівок у результаті розмірного ефекту фазова діаграма бінарної системи зміщується в область більш низьких температур, зберігаючи при цьому загальні контури. Виконано аналіз еволюції фазових діаграм різного типу в результаті проявлення розмірного ефекту.

5. На основі виконаних експериментальних досліджень змочування у високодисперсних системах типу "мікрокрапля - підкладка" і "мікрокрапля - тонка вільна плівка" вперше показано, що розмірний ефект при змочуванні, виявлений нами раніше для системи Sn/С, має загальний характер і проявляється в залежності крайового кута змочування від розміру частинок або від товщини вільної плівки. Проведено теоретичний опис розмірного ефекту при змочуванні і встановлено, що для систем "мікрокрапля - підкладка" він обумовлений залежністю від розміру поверхневої енергії краплі і міжфазної енергії межі "мікрокрапля - підкладка", а для систем "мікрокрапля - тонка вільна плівка" розмірна залежність крайового кута змочування визначена ступенем деформації плівки мікрокраплею.

6. На основі аналізу результатів досліджень процесів плавлення і кристалізації, випаровування і змочування в конденсованих плівках вперше одержано дані про розмірну для наночастинок Pb, Au і температурну залежності поверхневої енергії для In, Sn, Ві, Pb, Al, Au, Pt і їх поверхневих характеристик. Установлено загальну закономірність, яка свідчить про те, що температурна залежність поверхневої енергії металів відхиляється від лінійної при наближні до температури плавлення, що повязано з підвищенням концентрації вакансій. Показано, що розмірна залежність поверхневої енергії наночастинок стає помітною при розмірах наночастинок менше ніж 10 нм, а міжфазна енергія у межах "кристал - власний розплав" і "мікрочастинка - підкладка" зменшується при розмірах 20-25 нм. У обох випадках для наночастинок розміром 3-5 нм зменшення поверхневої і міжфазної енергії складає (0,65-0,7) від значення, характерного для масивного зразка.

7. Розроблено, обґрунтовано і апробовано нові методики досліджень різних фізичних характеристик конденсованих плівок металів і сплавів. Серед них основні: - визначення величин переохолодження при кристалізації конденсованих плівок бінарних систем різної дисперсності на основі даних щодо механізму їх конденсації у вакуумі на підкладку з градієнтом температур, - визначення температури обєкта при дослідженні кінетики випарювання острівцевих плівок при нагріванні їх в електронному мікроскопі, - електронно-мікроскопічні методики вимірювання крайових кутів змочування для мікрокрапель розміром від 3 нм і більше.

Список литературы
Поверхностные явления и фазовые превращения в конденсированных пленках / Гладких Н.Т., Дукаров С. В., Крышталь А. П., Ларин В. И., Сухов В.Н., Богатыренко С. И. / Под ред. проф. Н. Т. Гладких. - Харьков: ХНУ имени В.Н.Каразина, 2004. - 274 с.

Размерный эффект при смачивании островковыми пленками висмута и свинца углеродных подложек / Н.Т. Гладких, С.П. Чижик, В.И. Ларин, С.В. Дукаров, Л.К. Григорьева, И.В. Кудрик., В.Д. Фролов // Изв. АН СССР. Сер. Металлы. - 1981, № 4. - C. 96-103.

Переохлаждение при кристаллизации металлов в островковых пленках / Н.Т. Гладких, С.П. Чижик, В.И. Ларин, Л.К. Григорьева, В.Н. Сухов // Изв. АН СССР. Сер. Металлы.-1982, №5.- С. 196-212.

Определение поверхностной энергии малых частиц и ее размерной зависимости / Н.Т. Гладких, В.И. Ларин, С.В. Степанова, С.В. Чмель // Адгезия расплавов и пайка материалов. - К.: Наукова думка, 1983, № 13. - C. 37-40.

Гладких Н.Т., Ларин В.И., Сухов В.Н. Переохлаждение при кристаллизации Fe, Co и Ni на Al203 подложках. // Адгезия расплавов и пайка материалов.- К.: Наукова думка, 1983, № 12.- C. 28-32.

Смачивание свинцом пленок никеля различной толщиниы на кремниевой подложке / Н.Т. Гладких, В.И. Ларин, С.В. Дукаров, С.П. Чижик, Л.К. Григорьева // Адгезия расплавов и пайка материалов. - К.: Наукова думка, № 13. - 1984. - C. 27-28.

Методы определения краевых углов смачивания / Н.Т. Гладких, С.П. Чижик, В.И. Ларин, Л.К. Григорьева, С.В. Дукаров // Поверхность. Физика, химия, механика. - 1985. - №11. - С. 124-131.

Размерные эффекты при смачивании в ультрадисперсных системах / Н.Т. Гладких, С.П. Чижик, В.И. Ларин, Л.К. Григорьева, С.В. Дукаров // Поверхность. Физика, химия, механика . - 1985. - №12. - С. 111-121.

Размерные явления при фазовом переходе жидкость-кристалл / Н.Т. Гладких, С.П. Чижик, Л.К. Григорьева, Р.Н. Куклин, В.И. Ларин // Журнал экспериментальной и теоретической физики.- 1985 - T. 88. - C. 1706-1717.

Переохлаждение при кристаллизации двухкомпонентных сплавов в конденсированных пленках / Н.Т. Гладких, С.П.Чижик, В.И. Ларин, Л.К. Григорьева, В.Н. Сухов // Докл. АН СССР.- 1985.- Т. 282, №6.- C. 1367-1370.

Исследование двухкомпонентных диаграмм состояния с применением конденсированных пленок / Н.Т. Гладких, С.П. Чижик, В.И. Ларин, Л.К. Григорьева, В.Н. Сухов // Докл. АН СССР.- 1985.- Т. 280, №4.- C. 858-861.

Изучение диаграмм состояния системы висмут-сурьма в тонких пленках / А.В. Кузниченко, В.И. Ларин, В.Н. Сухов, А.Л. Самсоник, В.И. Майстренко, Т.И. Боровская // Вестник ХГУ.- 1986.- № 289, - С. 41-45.

Переохлаждение при кристаллизации в конденсированных пленках двухкомпонентных сплавов / Н.Т. Гладких, С.П. Чижик, В.И. Ларин, Л.К. Григорьева, В.Н. Сухов // Докл. АН СССР.- 1987.- Т.297, №1.- C. 84-88.

Исследование структуры двойных сплавов в конденсираванных пленках / Н.Т. Гладких, С.П. Чижик, В.И. Ларин, Л.К. Григорьева, А.Л. Самсоник, В.Н. Сухов // Известия АН СССР. Сер. Металлы. - 1987, №1. - С. 176-184.

Гладких Н.Т., Ларин В.И., Дукаров С.В. Размерный эффект при смачивании островковыми конденсатами металлов свободных углеродных пленок // Адгезия расплавов и пайка материалов. - К.: Наукова думка, 1987, № 19. - C. 36-42.

Диаграммы состояния бинарных сплавов в конденсированных пленках / Н.Т. Гладких, С.П. Чижик, В.И. Ларин, Л.К. Григорьева, В.Н. Сухов // Докл. АН СССР.- 1988.- Т. 300, №3.- C. 588-592.

Переохлаждение при кристаллизации бинарных сплавов в конденсированных пленках / Н.Т. Гладких, С.П. Чижик, В.И. Ларин, Л.К. Григорьева, В.Н. Сухов, Н.А. Макаровский // Известия АН СССР. Сер. Металлы. - 1989, №5.- С. 44-51.

Размерная и температурная зависимости поверхностного натяжения ультрадиперсных металлических частиц / Н.Т. Гладких, Л.К. Григорьева, С.В. Дукаров, В.Е. Зильберварг, В.И. Ларин., Л.Є. Нагаев, С.П. Чижик // Физика твердого тела. - 1989. - T. 31, в. 5. - C. 13-22.

Поверхностные явления и фазовые превращения в конденсированных пленках / Н.Т. Гладких, С.В. Дукаров, В.И. Ларин, В.Н. Сухов // “Физико-химические, структурные и эмиссионные свойства тонких пленок и поверхности твердого тела”. Тематич. сб. научн. трудов под ред. акад. Находкина Н.Г. - К.: УМК ВО. -1992. - С. 184-200.

Гладких Н.Т., Ларин В.И., Сухов В.Н. Диаграммы состояния и переохлаждение при кристаллизации бинарных сплавов в конденсированных пленках. (I. Диаграммы состояния) // Расплавы. - 1993, №3. - С. 29-39.

Гладких Н.Т., Ларин В.И., Сухов В.Н. Диаграммы состояния и переохлаждение при кристаллизации бинарных сплавов в конденсированных пленках. (II. Переохлаждение при кристаллизации) // Расплавы. - 1993, №5. - С. 8-16.

Gladkich N.T., Larin V.I., Majboroda S.A. Influence of size on the supercooling in the crystallization of bismuth island films // Cryst. Res. Technol. - 1994. - V. 29. - P. 51-59.

Гладких Н.Т., Ларин В.И., Дукаров С.В. Температурная зависимость поверхностной энергии твердых тел // Функциональные материалы. - 1994.- Т. I, №2.- С. 50-54.

Ларин В.И. Особенности фазового перехода жидкость“«кристалл в островковых пленках // Вістник ХДУ. Сер. Фізика. - 1998. - №418. - C. 70-73.

Фазовые диаграммы в конденсированных пленках / Н.Т. Гладких, В.И. Ларин, А.В Кунченко, В.И. Лазарев, А.Л. Самсоник, В.Н. Сухов // ВАНТ. - 1998. - в. 2(3), 3(4).- С. 47-56.

Size Effect upon Solidification of Small Bismuth Particles / N.T. Gladkich, O.P. Krystal, S.V. Dukarov, V.I. Larin // The Phys. of Metals and Metallurg. -1998. - V. 85, №5.- P. 536-541.

Larin V.I. Capillary characteristycs of thin films and small particles // Functional materials. - 1998. -V.5, №2. - P. 145-163.

Larin V.I. Determination of surface energy from kinetics of theire evaporation // Functional Materials. - 1998. - V. 5, №1. - P. 104-108.

A Method of Studying Phase Diagrams of Binarry Systems / N.T. Gladkich, V.I. Larin, A.V. Kunchenko, V.I. Lazarev, A.L. Samsonik, V.N. Sukhov // Functional Materials. - 1999. - V. 6, №.5. - C. 958-963.

Larin V.I., Borodin A. Dimentional effect at wetting in Au-C system // Functional Materials. - 2001. - V. 8, №2. - P. 1-5.

Гладких М.Т., Ларін В.i., Кришталь О.П. Про розмірну залежність поверхневої енергії наночастинок // Фізика і хімія твердого тіла. - 2001.- Т. 2, №3. - С. 395-400.

Дослідження бінарних фазових діаграм з використанням конденсованих плівок змінного складу та змінного стану / М.Т. Гладких, О.В. Кунченко, В.І. Ларін, В.І. Лазарєв, О.Л. Самсонік, В.М. Сухов // Фізичний збірник НТШ. - 1998. - T.3. С. 389-395.

Способ получения диаграмм состояния двухкомпонетных сплавов; А.С. 1-1206664 А СССР, МКИ В 25. Гладких Н.Т., Чижик С.П., Ларин В.И., Григорьева Л.К., Сухов В.Н., Куклин Р.Н. 3717767/24-25(041156); Заявлено 02.04.1984; Опубл. 23.01.86, Бюл. №3 - C. 166.

Гладких Н.Т., Ларин В.И., Степанова С.В. In situ исследование испарения малых частиц // Тез. докл. Х11 Всес. конф. по электронной микроскопии. - М.: Наука - 1982. - C. 288.

Применение электронной микроскопии для исследования смачивания в высокодисперсных системах / Н.Т. Гладких, В.И. Ларин, С.В. Степанова, С.В. Дукаров // Тез. докл.XII Всес. конф. по электронной микроскопии. - М.: Наука - 1982. - C. 188 - 189.

Ларин В.И. Размерные эффекты поверхностных явлений в конденсировыанных пленках // Тез. докл. II Вс. конф."Физика и технология тонких пленок". - Ивано-Фр.: изд ПИ - 1984. - C. 16.

Фазовый размерный эффект в конденсированных пленках металлов и сплавов / Н.Т. Гладких, В.И. Ларин, С.П. Чижик, Л.К. Григорьева, А.Л. Самсоник, В.Н. Сухов // Матер.1У Вс. симпозиума "Свойства малых частиц и островковых металлических пленок. - К: "Наукова думка" - 1985. - C. 165-166.

Кристаллизация и плавление пленок двукомпонентных сплавов / Н.Т. Гладких, В.И. Ларин, С.П. Чижик, Л.К. Григорьева // Тез. докл. I Вс. конф. "Теплофизика метастабильных жидкостей". - Свердловск: изд. УНЦ - 1985. - C. 155-156.

Образование и температурная устойчивость жидкой, кристаллической и аморфной фаз в конденсированных пленках / Н.Т. Гладких, В.И. Ларин, С.П. Чижик, Л.К. Григорьева // Тезисы докл.I Вс. конф."Теплофизика метастабильных жидкостей". - Свердловск: изд. УНЦ -1985.- C. 148-149.

Смачивание переохлажденными металлическими расплавами аморфного углерода / Н.Т. Гладких, В.И. Ларин, С.В. Дукаров, И.В. Северченко, Е.В. Васильченко // Тез. научн. сообщ. IV Всес. конф. построению и св-вам металлич. и шлаковых расплавов. - Свердловск: изд. УНЦ - 1986.- C. 236 - 237.

Исследование диаграмм плавкости и переохлаждение при кристаллизации бинарных сплавов в конденсированных пленках / Н.Т. Гладких, В.И. Ларин, С.П. Чижик, Л.К. Григорьева, А.Л. Самсоник, В.Н. Сухов // Тез. докл. IV Всес. конф. “Строение и св-ва металлич. и шлаковых расплавов”. - Свердловск: изд. УНЦ - 1986, ч.II.- C. 428-429.

Влияние остаточных газов на переохлаждение при кристаллизации вакуумных конденсатов олова / Н.Т. Гладких, В.И. Ларин, С.В. Дукаров, С.А. Майборода, Е.В. Васильченко // Тез. докл. II Всес. совещ. “Метастабильные фазовые состояния теплофизич. св-ва и кинетика релаксации”. Т. 2. - Свердловск: изд. УНЦ - 1989. - C. 85.

Размерная зависимость коэффициента поверхностного натяжения малых металлических частиц / Н.Т. Гладких, В.И. Ларин, С.П. Чижик, Л.К. Григорьева, Э.Л. Нагаев, В.Е. Зильберварг // Тез. докл. 2-й Всес. конф “Физикохимия ультрадисперсных систем”. - Рига: изд. АН Латв. ССР - 1989. - C. 18 - 19.

Н.Т. Гладких, В.И. Ларин, В.Н. Сухов / Кристаллизация островковых пленок металлов и сплавов // Тез. докл. 2-й Всес. конф. “Физикохимия ультрадисперсных систем”. - Рига: изд. АН Латв. ССР - 1989. - С. 4.

Кристаллизация островковых пленок металлов и сплавов / Н.Т. Гладких, В.И. Ларин, С.В. Дукаров, С.А. Майборода, В.Н. Сухов // Тезисы докл. Вс. конфер. по формированию металлических конденсатов - Харьков: изд. ХФТИ. - 1990. - C. 4.

Переохлаждение при кристаллизации малых частиц висмута / Н.Т. Гладких, В.И. Ларин, С.В. Дукаров, А.П. Крышталь // Materials of VI International Conference “Physics and Tecnology of thin Films” (ICPTTF-VI).- Івано-Франківськ: вид. ПЛАЙ. - 1997.- ч.II.- C. 62.

Особенности исследования бинарных фазовых диаграмм в конденсированных пленках / Н.Т. Гладких, В.И. Ларин, В.И. Лазарев, А.В. Кунченко, А.Л. Самсоник, В.Н. Сухов // Materials of VI International Conference “Physics and Tecnology of thin Films” (ICPTTF-VI). - Івано-Франківськ: вид. ПЛАЙ.- 1997, ч.1. - C. 58.

Гладких Н.Т., Ларин В.И. Поверхностная энергия ультрадисперсных металлических частиц // Материалы 3-й Международной конференции “Физические явления в твердых телах” (к 80-летию академика И.М. Лифшица). - Харьков: изд ХГУ - 1997. - C. 172.

Фазовые диаграммы бинарных конденсированных пленок / Н.Т. Гладких, В.И. Ларин, В.И. Лазарев, А.В. Кунченко, А.Л. Самсоник, В.Н. Сухов // Материалы 3-й Международной конф. “Физические явления в твердых телах” (к 80-летию академика И.М. Лифшица). - Харьков: изд. ХГУ; 1997. - C. 173.

В.И. Ларин. Поверхностная энергия наночастиц // Materials of VIII International Conference “Physics and Tecnology of thin Films” (ICPTTF-VIII). - Ivanovo- Francivsk: вид. ПЛАЙ.- 2001.- P. 21-22.

Ларин В.И. Капиллярные характеристики тонких пленок и малых частиц // Материалы 6-й Международной конференции “Физические явления в твердых телах” - Харьков: изд. ХНУ.- 2003. - С. 26.

Размерные эффекты в диаграммах состояния двойных систем / В.И. Лазарев, В.И. Ларин, А.Л. Самсоник, В.Н. Сухов // Материалы 6-й Международной конференции “Физические явления в твердых телах”. - Харьков: изд. ХНУ.- 2003. - С. 21.

Larin V.I. Some physical characteristics of nanoparticles // Materials of International Conference “Crystal materials - 2005” - Kharkov, STS Inctitute for Single Crystals. - 2005 - P. 63.

Ларін В.И. Змочування, поверхнева енергія і фазові переходи рідина « кристал в одно - і двокомпонентних конденсованих плівках. -Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. - Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, Харків, Україна, 2005.

Дисертація присвячена вирішенню проблеми щодо встановлення загальних закономірностей переходів рідина « кристал у плівках одно - (In, Sn, Ві, Pb, Ag, Au, Cu, Fe, Со, Ni, Pt) і двокомпонентних (Ві-Pb і Ві-Sb) металевих систем і їхнього звязку з розмірним ефектом, а також з поверхневими явищами на межі розділу твердої і рідкої фаз. Показано, що при плавленні і кристалізації наночастинок виконується закон відповідних станів. Встановлено, що для наночастинок металів і бінарних сплавів відносне переохолодження при кристалізації в межі складає 0,4 від відповідної температури переходу. Побудовано фазові діаграми "температура - склад" для бінарних плівок і проаналізовані їхні еволюції при зменшенні характерного розміру. Досліджено змочування в системах наночастинка - підкладка різного типу і показано, що розмірний ефект має загальний характер і виявляється у залежності кута змочування від розміру наночастинок (In/C, Sn/C, Pb/C, Si, Bi/C, Au/C) і товщини плівки - підкладки (In/C, Sn/C, Pb/C). На основі узагальнення всіх отриманих даних уперше встановлені і проаналізовані загальні закономірності при плавленні і кристалізації наночастинок низки досліджених металів і плівок бінарних сплавів. Виконано систематику результатів щодо поверхневої енергії наночастинок досліджених металів (In, Sn, Bi, Pb, Al, Au, Pt) її розмірної (Au, Pb) і температурної залежності.

Ключові слова: острівцеві плівки, наночастинки, метали, фазові переходи, плавлення, кристалізація, переохолодження, фазові діаграми, змочування, поверхнева енергія, розмірний ефект.

Larin V.I. Wetting, surface energy and liquid « crystal phase transitions in single- and double-component condensed films. - Manuscript.

Dissertation to get the degree of doctor of science in physics and mathematics, specialty 01.04.07 - solid state physics. - V.N. Karazin Kharkiv National Unniversity, Kharkiv, Ukraine, 2005.

The dissertation is devoted to solving the problem of establishing general rules for liquid - crystal transitions in single- (In, Sn, Ві, Pb, Ag, Au, Cu, Fe, Со, Ni, Pt) and double-component (Ві-РЬ і Ві-Sb) metallic systems and their relation to size effect as well as surface phenomena at the solid-liquid interface. The rule of corresponding states is shown to hold under melting and crystallization of nanoparticles. The limiting relative supercooling under crystallization is found to be 40% of the corresponding transition temperature. Temperature-content phase diagrams for binary films are constructed and their evolution on the characteristic size decreasing is followed. Wetting in nanoparticle-substrate systems of various types is studied and shown to possess size effect. It manifests itself in the dependence of wetting angle on nanoparticle size (In/C, Sn/C, Pb/C, Si, Bi/C, Au/C) and film-substrate thickness (In/C, Sn/C, Pb/C). The results are systematized with respect to nanoparticle surface energy of metals under study (In, Sn, Bi, Pb, Al, Au, Pt), their size (Au, Pb) and temperature dependency.

Key words: island film, nanoparticle, metals, phase transition, melting, crystallization, supercooling, phase diagram, wetting, surface energy, size effect.

Ларин В.И. Смачивание, поверхностная энергия и фазовые переходы жидкость « кристалл в одно- и двухкомпонентных конденсированных пленках. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.07 - физика твердого тела. - Харьковский национальный университет имени В.Н. Каразина, Харьков, Украина, 2005.

Диссертация посвящена решению проблемы установления общих закономерностей фазовых переходов жидкость « кристалл в конденсированных пленках одно- и двухкомпонентных металлических систем и их связи с размерным эффектом, а также с поверхностными явлениями на границе раздела твердой и жидкой фаз. Установлены общие закономерности плавления и кристаллизации наночастиц различных металлов (In, Sn, Bi, Pb, Al, Ag, Au, Cu, Fe, Co, Ni, Pt) и бинарных сплавов (Bi-Sb, Bi-Sn, Bi-Pb). Показано, что при плавлении и кристаллизации наночастиц металлов выполняется закон соответственных состояний: в относительных координатах "температура - размер" данные по плавлению и кристаллизации описываются обобщенной диаграммой, из которой следует зависимость температурного гистерезиса при плавлении и кристаллизации от размера наночастиц и обращение его в нуль для частиц критического размера. На этом основании сделан вывод об из изменении характера фазового перехода - для наночастиц критического размера кристаллизация происходит без переохлаждения, а фазовый переход из дискретного становится непрерывным. Установлено, что при условиях, близких к гомогенному зарождению, для наночастиц металлов и бинарных сплавов относительное переохлаждение в пределе составляет примерно 0,4 от соответствующей температуры перехода (температуры плавления массивного материала либо температуры ликвидуса для бинарных сплавов).

Методом образцов переменного состава и состояния построены фазовые диаграммы "температура - состав" для бинарных пленок (Bi-Sb, Bi-Sn, Bi-Pb) и проанализирована их эволюция приуменьшении характерного размера. Установлено, что для бинарных пленок толщиной 100 нм и более их дпаграммы соответствуют фазовым диаграммам массивных образцов, с уменьшением толщины пленок при t<50 нм их фазовая диаграмма смещается в область более низких температур и этот эффект тем больше, чем меньше толщина. Выполнен термодинамический анализ эволюции фазовых диаграмм бинарных пленочных систем различного типа приуменьшении характерного размера.

Исследовано смачивание в нанодисперсных контактных системах различного типа: "наночастица - подложка" (In/C, Sn/C, Bi/C, Pb/C,Si, Au/C), "наночастица - пленка переменной толщины - подложка" (Pb/Ni/NACL (001) и Pb/Ni/Si (111)) и "наночастица - свободная пленка переменной толщины" (In/C, Sn/C и Pb/C). Установлено, что размерный эффект при смачивании имеет общий характер и проявляется в зависимости краевого угла смачивания от размера частиц и толщины пленки - подложки. Выполнено теоретическое описание размерного эффекта при смачивании для систем "наночастица - подложка" с учетом размерной зависимости поверхностной энергии собственно микрокапли и межфазной энергии микрокапля - подложка. Определены межфазные энергии границ "наночастица - подложка" исследованных систем и их размерные зависимости. Показано, что размерный эффект при смачивании в системах "наночастица - пленка переменной толщины - подложка" обусловлен деформацией пленки каплей, степень которой зависит от толщины пленки. Это позволило определить величину поверхностной энергии пленок аморфного углерода толщиной 5 - 15 нм.

По данным исследований кинетики испарения малых частиц получены сведения о размерной зависимости поверхностной энергии наночастиц Pb и Au. С использованием результатов по плавлению наночастиц различных металлов (In, Sn, Bi, Pb, Al, Au, Pt) определены их поверхностные энергии в твердой фазе и их температурные зависимости в интервале (0,6-1)Ts. Установлена общая закономерность для температурной зависимости поверхностной энергии наночастиц исследованных металлов в твердой фазе: в области предплавильных температур (0,8-1)Ts температурный коэффициент поверхностной энергии нелинейно возрастает по модулю, что обусловлено возрастанием концентрации вакансий.

На основе обобщения всех полученных данных впервые установлены и проанализированы общие закономерности при плавлении и кристаллизации наночастиц различных исследованных металлов и бинарных сплавов. Выполнена систематика результатов по смачиванию в наноразмерных системах различного типа, а также поповерхностной энергии наночастиц металлов, ее размерной и температурной зависимости.

Ключевые слова: островковые пленки, наночастицы, металлы фазовые переходы, плавление, кристаллизация, переохлаждение, фазовые диаграммы, смачивание, поверхностная энергия, размерный эффект.

Размещено на .ru
Заказать написание новой работы



Дисциплины научных работ



Хотите, перезвоним вам?