Атомная структура поверхности

МИКРОСКОПИЯ ПОВЕРХНОСТИ 1. Атомная структура поверхности [c.444]

Применение метода дифракции медленных электронов позволило получить много новой информации об атомной структуре поверхности. В частности, установлено, что чистые поверхности различных веществ можно разделить, по крайней мере, на два класса [c.446]

В ионном микроскопе тонкое острие, подобное аналогичному устройству в электронном полевом микроскопе, является анодом. В основе метода лежит явление ионизации на поверхности металла молекул или атомов газа в сильном электрическом поле за счет туннелирования валентных электронов в металл. В качестве газа изображения применяется гелий и другие инертные газы. Ионы газа, ускоряясь полем 10 Ч-10 В/см дают на экране изображение атомной структуры поверхности. На рис. 2.10 показана схема полевого ионного микроскопа с усилением изображения. [c.50]

Сравнение реакционной способности ступенчатых поверхностей кристалла с реакционной способностью нанесенных Р1-катализаторов показывает, что структура полидисперсных частиц Р1 в катализаторе может быть с успехом воспроизведена ступенчатыми поверхностями. Установлено, что атомарные ступени играют определяющую роль при превращениях углеводородов, а также при диссоциации Н2 и других двухатомных молекул с большой энергией связи [237]. Показано, что реакция дегидрирования циклогексана до циклогексена не зависит от структуры поверхности монокристалла Р1 (структурно-нечувствительная реакция). В то же время реакции дегидрирования циклогексена и гидрогенолиза циклогексана структурно-чувствительны. В свете полученных результатов предложена [238] расширенная классификация реакций, зависящих от структуры поверхности металла. А именно, предложено отнести к особому классу реакции, скорость которых зависит от размера активных частиц катализатора или от плотности атомарных ступенек и выступов на них, и реакции, скорость которых зависит от вторичных изменений структуры поверхности катализатора (например, из-за образования в ходе реакции углеродистых отложений, а также других эффектов самоотравления). На основе проведенного анализа предложена модель каталитически активной поверхности Р1, учитывающая атомную структуру поверх- [c.165]

Атомная структура поверхности [c.237]

Долгое время не удавалось экспериментально подтвердить правильность соотношений (62.12) и (62.16). Это можно объяснить, во-первых, тем, что реальная структура поверхности кристалла оказывается гораздо более сложной, чем предполагалось в теории Фольмера и Эрдей-Груза. Так, на кристаллической поверхности электрода имеются ступени атомной высоты s, выступы, или кинки к, реберные вакансии I и дырки h (рис. 169). Во-вторых, поверхность электрода в ходе электроосаждения непрерывно изменяется, а потому меняется истинная плотность тока, а следовательно, и перенапряжение. В результате обычный метод снятия стационарных поляризационных кривых имеет ограниченные возможности. Наконец, на практике стадия образования зародышей не всегда оказывается наиболее медленной. В зависимости от природы металла и условий опыта процесс электрокристаллизации может лимитироваться диффузией реагирующих частиц к поверхности, химическими реакциями в объеме раствора и на поверхности электрода, стадией разряда, а также поверхностной диффузией разрядившегося иона (адатома) и встраиванием его в кристаллическую решетку. Поэтому количественная проверка изложенной теории оказалась возможной лишь после того, как в 50-х го- [c.331]

IV. Дифракция медленных электронов (ДМЭ) с энергиями 1—500 эВ, благодаря низкой проникающей способности (несколько атомных диаметров) дает информацию о структуре поверхности (в отличие от быстрых, детектирующих периодичность в объемной фазе). Сравнение дифрактограмм до и после адсорбции указывает на изменения структуры самого твердого адсорбента в результате адсорбционного акта они особенно заметны прн хемосорбции, когда величины Qa близки к энергиям химической связи в твердых решетках.. Метод позволяет судить о количестве ступеней на монокристаллах до адсорбции, [c.127]

Другая особенность коллоидных систем состоит в том, что благодаря очень малому размеру частиц такие свойства, как вязкость системы и скорость осаждения частиц, зависят от поверхностных явлений. Поверхностные явления происходят за счет того, что молекулы в поверхностном слое электростатически не уравновешены, т. е. на одной стороне поверхностного слоя молекулы заряжены одинаково, а на другой — по-разному, в то время как внутри фазы любая молекула окружена себе подобной. Поэтому на поверхности возникает электростатический заряд, амплитуда и знак которого зависят от координации атомов по обе стороны границы раздела. Некоторые вещества, и особенно глинистые минералы, обладают необычно высоким поверхностным потенциалом благодаря характерной атомной структуре. [c.132]

Деление на коллоиды и ил на рис. 4.1 весьма произвольно и неопределенно, так как коллоидная активность зависит, во-первых, от удельной поверхности, которая меняется в зависимости от формы частиц, и, во-вторых, от поверхностного потенциала, определяемого атомной структурой. [c.132]

Контакт геометрически.х поверхностей, наиример двух металлов, приводит не к усреднению плотности электронов (что при термодинамической оценке всегда допустимо), а к образованию двойного слоя за счет возникновения связанных электрон-дислокационных состояний как на самой поверхности, так и через границу раздела. При этом поверхность геометрическая, так же как и поверхность Ферми, разделяет разноименные заряды. Легко понять известные затруднения при попытках описания корреляционных функций даже простейшей двумерной одноатомной металлической границы раздела. Еще большие сложности теоретического описания возникают при исследовании границы сопряжения двух, трех и более атомных структур (например, дырочно-электронных переходов в полупроводниках), однако такие кинетически непредсказуемые модели отражают лишь наиболее простейшие модели взаимодействий в реальной природе. [c.78]

При исследовании межмолекулярных взаимодействий молекул с адсорбентом для характеристики строения поверхности используются понятия физически и математически (энергетически) однородной поверхности. Простейший случай физически однородной поверхности представляет одна бесконечная грань идеальной полу-бесконечной решетки твердого тела. Такая физически однородная поверхность является однородной и химически, и геометрически. Основным свойством физически однородной поверхности является периодическое изменение потенциальной энергии взаимодействия молекулы с поверхностью при движении молекулы вдоль такой поверхности. Это вызывается атомным строением твердого тела. Изменение потенциальной энергии зависит как от строения поверхности, так и от строения и размеров взаимодействующей с ней молекулы. Отсюда следует, что понятие физической однородности не сводится только к постоянству химического состава, т. е. оно предъявляет более жесткие требования к структуре поверхности, чем понятие химической однородности, которому может соответствовать поверхность аморфного вещества. [c.14]

При выводе всех этих выражений для энергии взаимодействия молекулы с поверхностью твердого тела принимается, что расстояние молекулы от поверхности значительно больше атомных размеров. Поэтому в этих теориях фактически учитываются только силы притяжения ван-дер-ваальсового типа силы отталкивания в них не учитываются. Кроме того, в этих теориях не учитывается атомная структура твердого тела твердое тело рассматривается как однородная непрерывная среда с математически плоской поверхностью. Однако, как отмечалось выше, адсорбция определяется главным образом потенциальной энергией Ф взаимодействия молекулы с поверхностью вблизи потенциального минимума. При таких расстояниях необходимо учесть атомное строение поверхности твердого тела и силы отталкивания. Поэтому указанные выше теории не могут быть использованы для определения потенциальной энергии Ф вблизи потенциального минимума. При выборе формы потенциала Ф и оценке его параметров вблизи потенциального минимума обычно используются результаты приближенных квантовомеханических теорий ван-дер-ваальсового взаимодействия двух молекул вблизи равновесного расстояния. [c.249]

Кроме того, в дальнейшем, учитывая неожиданно высокую стабильность различных адсорбированных атомов в высоких полях, можно будет непосредственно изучить атомную структуру сложных молекул, удерживаемых на поверхности. [c.249]

В структуре, состоящей из таких маленьких частиц, значительная часть твердого вещества находится в первом атомном слое поверхности геля. Если предположить, что атомы кислорода плотно [c.45]

На них протекают такие распространенные в природе и технике процессы и наблюдаются такие явления как адсорбция, коррозия, катализ, трение, смачивание, локализуются поверхностные состояния. Поверхностные свойства вещества определяются атомно-электронной и микроскопической структурами поверхности и ее химическим составом. [c.214]

Атомная структура (параметры ячейки, координаты атомов) Структура фаз. Дисперсность частиц Тонкая топография поверхности (ступени, изломы, фасетки и др.) [c.235]

Влияние ионной бомбардировки на структуру поверхности исследовано довольно подробно [19—29]. Прежде всего при указанной обработке устраняются такие особенности микрорельефа, как царапины, выступы и углубления, так что в относительно крупном масштабе поверхность становится более гладкой. Однако в атомном масштабе явно имеются шероховатость и другие виды нарушения структуры поверхности. Поверхность ноли-кристаллнческого образца из-за неодинаковой ориентации индивидуальных кристаллов слагается из различных граней. Поскольку скорость удаления металла зависит от индекса грани, с поверхности одних кристаллитов металл распыляется быстрее, чем с других, и между соседними кристаллитами образуются ступеньки. Кроме того, по границам зерен могут появляться углубления (канавки). После бомбардировки грань кристаллита, обращенная в газовую фазу, может стать иной, чем исходная, и этот эффект усиливается при условии наклонного падения ионного пучка. Все это увеличивает шероховатость поверхности. Если шероховатость поверхности необходимо свести к минимуму, предпочтительно ионный пучок направлять по нормали к поверхности. Если бомбардировке подвергаются монокристаллы, рассмотренные источники образования шероховатости отсутствуют, но нарушение структуры поверхности все же наблюдается. Нарушение структуры поверхности, вызываемое пучками с обычно применяемой для очистки энергией, состоит в образовании микрограней (фасеток) и микрокристаллитов, а также появлении на новерхности точечных дефектов и дислокаций. Этот вид нарушения структуры поверхности наблюдается и на каждой грани поликристаллического образца. [c.126]

В ионном проекторе (чаще его называют автоион-ный микроскоп) удается получить изображение атомной структуры поверхности металлов (лучше всего тяжелых и тугоплавких металлов). При значительном градиенте [c.550]

Наука о поверхности развивается очень быстро. И главная причина ее успехов — применение мощных приборов и методов для установления химического состава и атомной структуры поверхностей. Изучение поверхности стимулируется также обширностью области использования результатов таких исследований. Например, электрические свойства поверхностей и пленок важны для уменьщения размеров полупроводниковых приборов. Поэтому поверхности и тонкие пленки привлекают внимание как химиков, так и физиков. Они изучают травление поверхности, чтобы научиться удалять с нужных мест при изготовлении микросхем слои толыщной всего в несколько атомов в полном соответствии с рисунком. Вторая проблема, привлекающая внимание ученых, — вырашдаание пленок полупроводников, например пленок кремния, при конденсации пара на холодной поверхности. Установлено, что электрические свойства пленки, получаемой конденсацией кремния на холодной поверхности, определяются кристаллической структурой подложки (эпитаксиальный рост). И, конечно, одной из наиболее важных проблем, которую дают возможность исследовать новые приборы, является изучение фундаментальных закономерностей катализа, открывающее захватывающие перспективы в будущем. [c.236]

Образующиеся ионы получают затем ускорение и движутся по радиальным направлениям к экрану, ударяясь о который они дают изображение конца острия. Так как вероятность ионизации атомов гелия очень сильно зависит от локальной атомной структуры поверхности конца острия, то изображение на фосфоресцирующем экране будет отражать тонкие детали этой атомной структуры. Если условия опыта таковы, что острие имеет очень низкую температуру (менее 50° К), так что скорости теплового движения атомов газа очень малы, то степень разрешения проектируемого изображения будет зависеть только от радиуса попов гелия (или других ионов, таких, как ионы неона, аргона или водорода, которые также могут быть использованы [367, 376, 378]). Полученная таким образом микропроекция может иметь такое увеличение, что позволит видеть отдельные атомы и отдельные атомные вакансии. Р1а рис. 30 приведен пример изображения, полученного с помощью ионной проекции. На такого типа фотографиях можно непосредствепио видеть такие характерные детали, как границы зерен (степень неупорядоченности при переходе через границу оказывается удивительно низкой и простирается лишь на несколько межатомных расстояний [378. 381]) и группы дислокаций, вызываемых действием радиации. [c.131]

Имеются также работы по атомной структуре поверхностей ионныз [c.425]

Проф. Дебай указал нам, что для идеально гладкой поверхности энергия притяжения обратно пропорциональна третьей степени расстояния. Недавно Дрекслер [6а] количественно рассчитал закон изменения силы взаимодействия с учетом атомной структуры поверхности. Из его расчетов следует, что обратная пропорциональность шестой степени расстояния является лучшим приближением. Для наших целей точное выражение этого закона не имеет значения. [c.174]

Анализ этого распределения позволяет выделить вклад рассеяния уже на определенном месте поверхности, т. е. выделить вклад дифракции. В отличие от методов ДМЭ и ДОБЭ фотоэлектронная дифракция наблюдается как при наличии, так и в отсутствии дальнего порядка в атомной структуре поверхности. Таким способом изучаются процессы, проходящие на поверхности адсорбция, десорбция, атомная диффузия фазовых переходов [c.72]

Кристаллическая решетка платины принадлежит к кубической системе. Молекула циклогексена имеет форму правильного шестиугольника. В рассматриваемой реакционной системе атомная структура катализатора и реагирующие молекулы обладают одним общим качеством—элементами симметрии третьего порядка. В кристалле платины такой порядок расположения атомов присущ только октаэдрической грани. Поверхность этой грани может быть представлена тремя семействами параллельных прямых, пересекающихся под углом 60°. В узлах расположены атомы платины. Таким образом, поверхность гра-1 и кристалла платины — это множество раЕиюсторонних треугольников с атомами платины в иершиЕшх (рис. 5.3). [c.238]

Несомненный интерес представляет цикл работ Со-морджая и сотр. [174—177] по исследованию кинетики различных реакций (в том числе дегидроциклизации) на монокристаллах металлов (Р1, 1г, N1, Ag) с одновременным определением структуры и состава поверхности методом дифракции медленных электронов и Оже-спект-роскопии. Показано, что атомные ступеньки на поверхности монокристалла Р1 являются активными центрами процессов разрыва связей С—Н и Н—Н. Зависимость скоростей реакций дегидрирования и гидрогенолиза циклогексана и циклогексена от структуры поверхности Р1 свидетельствует о существовании изломов и выступов на атомных ступеньках. Такие дефекты структуры являются особенно активными центрами процесса расщепления С—С-связей. Установлено, что активная поверхность Р1 в процессе реакции покрывается слоем углеродистых отложений свойства этого слоя существенно влияют на скорость и распределение продуктов каталитических реакций. Показано, что дегидрирование циклогексана до циклогексена не зависит от структуры поверхности (структурно-нечувствительная реакция). В то же время дегидрирование циклогексена и гидрогенолиз циклогексана являются структурно-чувствительными реакциями. Полученные результаты позволили расширить классификацию реакций, зависящих от первичной структуры поверхности катализатора и от вторичных изменений поверхности, возникающих в процессе реакции. При проведении реакций на монокристаллах 1г показано, что ступенчатая поверхность 1г в 3—5 раз более активна в [c.252]

Исследованы алмазосодержащие пасты - продукт взрыва тринитротолуола в воде. Впервые обнаружен эпитаксиальньш слой кристаллической воды на поверхности нанокристаллов алмазов при комнатной температуре. Обнаружены карбиновые цепочки в составе суспензии. Показано образование ультрадисперсного алмаза (УДА) из цепочек карбина. Исследована атомная и электронная структура кристаллитов УДА и показано, что они являются бездефектными с деформированными приповерхностными слоями. Степегь деформации зависит от химической структуры поверхности. Обоснована методика расчета кристаллического потенциала в частицах УДА, основанная на обратном Фурье преобразовании формы дифракционной линии. [c.59]

Экспериментальные установки обычйо сочетают проведение в одной и той же вакуумной камере Оже-спектроскопии и измерений дифракции электронов низкой энергии. В результате получается информация как о химическом составе поверхности, так и о ее атомной структуре. Для изучения геометрической структуры поверхности используют электронный сканирующий микроскоп. Принцип действия этого прибора аналогичен передаче телевизионного изображения, только здесь на исследуемый объект направляется сфокусированный пучок электронов, а детектируется интенсивность отраженных электронов, которая затем передается на экран электронно-лучевой трубки. Движение сфокусированного пучка электронов вдоль исследуемого образца синхронизовано с движением луча электронно-лучевой трубки, в результате чего на ее экране получается изображение изучаемой поверхности. Разрешение современных сканирующих микроскопов составляет 5—10 нм. [c.86]

Долгое время не удавалось экспериментально подтвердить правильность соотношений (62.12) и (62.16). Это можно объяснить, во-первых, тем, что реальная структура поверхности кристалла оказывается гораздо более сложной, чем предполагалось в теории Фольмера и Эрдей-Груза. Так, на кристаллической поверхности электрода имеются ступени атомной высоты, выступы, или кинкн, реберные вакансии и [c.316]

Аналогичное явление происходит при коррозии одного металла с той лишь разницей, что электроды, составляющие коррозионный элемент, не всегда тождественны. Так, при общей коррозии металла невозможно различить анодный и катодный участки, так как они имеют атомную структуру и постоянно взаимозаменяются, т. е. атом металла то инициирует катодную реакцию, то анодно выделяется в виде гидратированного иона металла. Кроме того, для коррозии характерно, что металл является реагентом и служит средством передачи электрического заряда от одной части поверхности на другую точно так [c.27]

Большое значение имеют исследования структуры поверхности катализаторов. Согласно теории А. А. Баландина катализ происходит только при структурном и энергетическом соответствии реагирующих молекул данному катализатору (1929 г.). А. А. Баландин предсказал, что реакции каталитического гидрирования бензола и дегидрирования циклогексана могут идти только на переходных металлах, имеющих гранецентрированную кубическую структуру или гексагональную структуру и притом атомные радиусы строго определенных размеров. Шестичленные циклы образуют на октаэдрических гранях кристаллов металла шесть связей, валентный угол которых близок к тетраэдрическому углу. Этими условиями обладают п-алладий, платина, иридий, родий, осмий. Предсказание А. А. Баландина полностью подтвердилось. Другие металлы, имеющие такой же атомный радиус, но иную структуру или такую же структуру, но другой атомный радиус, не проявили каталитической активности в упомянутых реакциях. [c.54]

Уже вскоре после того, как был разработан метод дифракции электронов, стало ясно, что, как и рентгеновские лучи, электроны относительно высокой энергии (скажем, 50 кэВ) дают информацию о периодичности в объеме кристалла, тогда как электроны низкой энергии (около 100 эВ), проникающая способность которых составляет всего несколько атомных диаметров, должны давать информацию о структуре поверхности твердого тела. Первая опубликованная экспериментальная работа (Дэвиссон и Джермер [105], 1927 г.) была выполнена на пределе чувствительности. В этой работе не удалось полностью преодолеть значительные экспериментальные трудности по генерации пучка моноэнергетнческих электронов и детектированию их рассеяния. Еще большим препятствием было отсутствие в то время сверхвысоковакуумной техники. Даже при остаточном давлении 10 мм рт. ст. поверхность покрывается монослоем адсорбированного газа примерно за 1 с, [c.227]

Этот факт означает, что активные центры содержат вполне определенное число атомов. Теория флуктуаций Смолуховского показывает, что на поверхности носителя образуются каталитически активные структуры в виде флуктуационно возникающих групп (ансамблей) из небольшого числа атомов (обычно от одного до трех). Образование таких элементарных ансамблей объясняется тем, что реальные адсорбенты обладают мелкоячеистой структурой поверхности, в результате чего при адсорбции в каждую ячейку попадает по закону случая в среднем небольшое число (п) наносимых атомов, которые вследствие поверхностного движения в пределах каждой ячейки слипаются в п-атомные ансамбли пМе- Мед. Таким образом, при формировании разведенного активного слоя на индифферентном носителе господствуют не законы вален т-Н0СТИ, а законы статистики. Эта статистика позволяет количественно воспроизвести кривые каталитической активности, вычислить число атомов в активном ансамбле, определить число этих ансамблей, их индивидуальную активность, отравление и другие свойства [1]. [c.192]

I. Германий и кремний. Как уже упоминалось, было найдено, что расположение атомов в поверхностны х монослоях этих элементов в атомно-чистом состоянии отличается от их расположения в соответствующих плоскостях в объеме. Влияние воздействия кислорода до некоторой степени зависит от типа кристалла и поверхности. Начальная адсорбция кислорода на поверхности (100) германия при низких давлениях гасит все потоки дробного порядка и некоторые потоки целочисленного порядка, которые не соответствуют теоретически рассчитанным потокам [15]. Наличие остающихся интенсивных потоков целочисленного порядка указывает, что структура поверхности после адсорбции совпадает с нормальной структурой германия и что атомы кислорода насыщают свободные связи на поверхности и возвращают поверхностные атомы германия в такое положение, которое они занимают в объеме. Кислородные атомы также располагаются в узлах нормальной решетки германия. Таким образом, дифракционное рассеяние на поверхности германия, покрытой монослоем кислорода, лучше соответствует собственно германию, чем рассеяние на атомно-чистой поверхности. Хотя Лендер повторил эти опыты, он не сообщил результатов, характеризующих грани (100). Потоки целочисленного порядка от грани (111) поверхности германия были ослаблены и наблюдались при измененном напряжении, что указывает на изменение межатомных расстояний в глубину, хотя межатомные расстояния на поверхности оставались теми же. Грани (110) германия вели себя подобно граням (100). [c.342]

Хемосорбция на предельно чистых поверхностях пока детально изучена лишь для небольшого числа металлов. При этом выяснилось, что нормальные валентности поверхностных атомов решетки реально работают, образуя прочные одиоатомные и более толстые слои, что находит свое выражение в строгой симметрии и в образовании кристаллических решеток разных типов. Электронография в мягких электронах показывает, что четкая ориентация с повторением структуры твердого тела имеет место и в первом поверхностном слое [26]. По-видимому, эти массовые свободные валентности поверхности обладают определенной направленностью. Поэтому неправильно все хемосорбционные связи связывать с дефектами. Для простейших атомных решеток и металлов, вероятно, часто действуют нормальные структуры поверхности и нормальные валентности, соединяющие атомы в решетку. Поскольку радиусы атомов и ионов также определяются строением электронных оболочек, геомет-риякристаллаиегоповерхностиопределяетсявконеч-ном счете электронными факторами. С электронной точки зрения в этом заключается глубокая причина геометрических закономерностей, выдвигаемых в качестве одного из двух первичных ведущих факторов теорией мультиплетов. Качественное исследование физических электронных свойств полупроводников и их каталитических свойств привело к установлению простых и четких закономерностей в пределах одного изоэлектронного ряда алмаза— вюрцита [27], Еще ранее в работах нашей лаборатории было подмечено особое место шпинелей в окислительном катализе [28]. Можно надеяться, что количественное сопоставление в пределах изоэлектронных и структурных рядов приведет применительно к полупроводниковому катализу, к четкому установлению закономерностей подбора. [c.14]

Отличительными особенностями рассматриваемых адсорбционных катализаторов являются их высокая дисперсность и рентгеноаморф-ность. На рентгенограммах не обнаружено линий, характерных для взятых rf-элементов [3, 5]. В таких разбавленных системах из d-эле-ментов геометрические факторы и свойства металла как твердого тела ( коллективные свойства ) не могут иметь существенного значения. Катализ окислительно-восстановительных реакций будет определяться спецификой электронного строения атомов и микроэлектроникой образующихся поверхностных атомных структур (комплексов). В условиях, когда активная фаза на поверхности носителя находится в наиболее распыленном (атомиэированном) состоянии и доля поверхностных атомов максимальна, создается реальная возможность для проникновения в химизм каталитического действия, облегчается выяснение взаимного влияния катализаторов в зависимости от электронного строения изолированных атомов и свойств элементов. [c.61]

С помощью просвечивающего микроскопа исследуют атомную и надатомную структуру субмикронных по толщине пленок и микрорельеф поверхности при использовании реплик. Информацию об атомной структуре дают приборы высокого разрешения (<0,3 нм) она включает сведения о расположении атомов и молекул в элементарной ячейке, изображение кристаллической решетки, дефекты атомного масштаба (вакансии, дислокации). Для исследования надатомной структуры микрокристаллов, зерен, сферолитов, микровключений, а также несовершенств более крупного размера (дефектов упаковки, границ зерен, микротрещин и т. д.) достаточно меньшее разрешение (0,5— [c.226]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология