WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Учитывая, что происходит поверхностное плавление тонкой пленки, ее поведение на инертной поверхности при нагреве может быть объяснено с позиций гидродинамики. Если жидкость стационарно течет между двумя неподвижными параллельными твердыми плоскостями (т. е. жидкость представляется в виде слоев, которые скользят один относительно другого), расположенными на расстоянии h друг от друга, при наличии градиента давления вдоль плоскости, решение уравнения Навье-Стокса дает параболическую зависимость скорости движения жидкости v от координаты y в направлении, нормальном к поверхности [16], Рис. 5. Схема, иллюстрирующая причину диспергирования тонкой пленки при плавлении на инертной поверхности. Жидv y2. (3) кие слои в приповерхностной области пленки движутся под воздействием сил поверхностного натяжения 1 и 2. Скорость Такой характер зависимости обусловлен наличием тредвижения слоев жидкости v снижается по направлению от ния между слоями жидкости при их движении и выполповерхности в глубь пленки из-за трения между слоями жидконением условия непрерывности (скорость слоя жидкости сти. На некоторой критической глубине скорость движения у неподвижных плоскостей равна нулю). слоя жидкости становится равной нулю.

Физика твердого тела, 2007, том 49, вып. Кинетика процесса плавления-диспергирования тонких пленок меди плавления-диспергирования тонкой пленки меди. В соответствии с выражением (1) равновесное плавление тонкой пленки некоторой толщины начинается при температуре, которая может быть значительно ниже температуры плавления объемного материала, приведенной в литературе. Это определяется прежде всего величиной вклада поверхностной энергии в суммарную энергию тонкопленочной системы и возможностью ее изменения в результате фазового перехода. Однако из-за всегда существующих флуктуаций энергии (в частности, поверхностной энергии) процесс плавления может начинаться в локальных местах пленки (рис. 7, a) при температуре на несколько десятков градусов ниже, чем равновесная температура, определяемая равенством (1). Переход в жидкое состояние приводит к появлению свойств, характерных для жидкого состояния, таких как текучесть и вязкость. Наличие этих свойств устраняет диффузионное ограничение, присущее твердым телам при невысоких температурах, и позволяет силе поверхностного натяжения совершить работу по перемещению слоев жидко- Рис. 7. Схема процесса плавления-диспергирования тонкой сти, что иллюстрируется рис. 5. Силы поверхностного пленки меди на инертной поверхности. a — локальное плавление тонкой пленки; b — образование капель, приводящее к натяжения могут разорвать пленку, толщина которой возникновению процесса кристаллизации и локального выдене превышает некоторого критического значения. Эта ления тепла, стимулирующего дальнейшее плавление пленки.

критическая толщина зависит от величин сил поверхностного натяжения вдоль каждой из двух поверхностей пленки и от динамической вязкости жидкости (рис. 5).

С появлением локальных разрывов пленки на плохо смаже температуре начинается процесс кристаллизации чиваемой поверхности начинается процесс собирания жидкости, сопровождаемый локальным выделением тепв капли (рис. 3, b-f ), который является энергетически ла, которое вызывает подплавление оставшейся тонкой выгодным процессом уменьшения суммарной энергии пленки (рис. 7, b) и как следствие возникновение двиобъекта за счет снижения абсолютной поверхностной жущегося фронта, где происходит процесс плавленияэнергии, что в свою очередь происходит благодаря диспергирования (область II на рис. 3).

уменьшению площади поверхности системы. Снижение Таким образом, процесс плавления-диспергирования энергии системы, которое достигается оптимизацией тонкой пленки на инертной подложке состоит из формы, делает невозможным существование жидкости нескольких одновременно протекающих физико-химипри столь сильном переохлаждении. Поэтому при той ческих процессов: локального плавления, оптимизации формы за счет сокращения площади поверхности, кристаллизации, подплавления оставшейся пленки.

4. Заключение Установлено, что процесс плавления-диспергирования тонкой пленки может происходить в зависимости от температуры с различной скоростью, что обусловлено кинетическими причинами. Плавление тонкой пленки меди одной и той же толщины может возникать спустя разное время при различных температурах: от почти мгновенного при более высоких температурах до плавления в течение нескольких часов при более низких.

Это означает, что данный процесс имеет активационный характер. Плавление-диспергирование возникает в локальных местах пленки и далее распространяется фронтом. Основной причиной, вызывающей данный процесс, Рис. 6. Экспериментальная зависимость энергии активации является стремление системы снизить свою энергию за процесса плавления-диспергирования тонкой пленки меди от счет уменьшения абсолютной поверхностной энергии.

толщины пленки h и результат аппроксимации с помощью функции (4). Это достигается снижением удельной поверхностной 12 Физика твердого тела, 2007, том 49, вып. 178 Д.Г. Громов, С.А. Гаврилов, Е.Н. Редичев, Р.М. Аммосов энергии в результате перехода из твердого состояния в жидкое и уменьшением площади поверхности системы, которое возможно в жидком состоянии, когда система обладает свойством текучести и сила поверхностного натяжения способна совершать работу.

Список литературы [1] Я.Е. Гегузин. Физика спекания. Наука, М. (1984). 311 с.

[2] L.J. Lewis, P. Jensen, J.-L. Barrat. Phys. Rev. B 56, (1997).

[3] Ю.Ф. Комник. Физика металлических пленок. Размерные и структурные эффекты. Атомиздат, М. (1979). 264 с.

[4] А.И. Гусев, А.А. Ремпель. Нанокристаллические материалы. Физматлит, М. (2001). 224 с.

[5] R. Kofman, P. Cheyssac, Y. Lereah, A. Stella. Eur. Phys. J. D 9, 441 (1999).

[6] F. Celestini, R.J.-M. Pellenq, P. Bordarier, B. Rousseau.

Z. Phys. D 37, 49 (1996).

[7] B.M. Patterson, K.M. Unruh, S.I. Shah. Nanostruct. Mater. 1, 65 (1992).

[8] Д.Г. Громов, С.А. Гаврилов, Е.Н. Редичев. ЖФХ 79, (2005).

[9] С.А. Кукушкин, Д.А. Григорьев. ЖТФ 65, 154 (1995).

[10] С.А. Кукушкин, Д.А. Григорьев, Д.А. Индейцев, О.В. Потапов, В.М. Фокин. ФХС 27, 377 (2001).

[11] Физические величины. Справочник / Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. Энергоатомиздат, М. (1991).

1232 с.

[12] А.Е. Долбак, Р.А. Жачук, Б.З. Ольшанецкий. ФТП 35, (2001).

[13] Я.Е. Гегузин. В сб.: Поверхностная диффузия и растекание / Под ред. Я.Е. Гегузина. Наука, М. (1969). 386 с.

[14] Тонкие пленки. Взаимная диффузия и реакции / Под ред.

Дж. Поута, К. Ту, Дж. Мейера. Мир, М. (1982). 576 с.

[15] В.Ф. Киселев, С.Н. Козлов, А.В. Зотеев. Основы физики поверхности твердого тела. Изд-во МГУ, М. (1999). 287 с.

[16] Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Теоретическая физика. Учеб.

пособие для вузов. Т. VI. Гидродинамика. 5-е изд., испр.

Физматлит, М. (2003). 731 с.

Физика твердого тела, 2007, том 49, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.