ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Электрические силы, зависящие от свойств контактирующих тел из "Адгезия пыли и порошков 1976 " Молекулярное взаимодействие не является единственной причиной адгезии частиц. Для выяснения роли молекулярных сил в процессе адгезии реальных систем (частицы — поверхность) необходимо рассмотреть и другие причины адгезии. [c.95] Контактная разность потенциалов. При соприкосновении частицы с подложкой электрические заряды, находящиеся на поверхности частиц, притягивают равные по величине и обратные по знаку заряды на подложке. Это приводит к появлению на поверхности избыточных зарядов, которые можно измерить. При отрыве частицы пыли измеряется заряд, остающийся на подложке, равный по величине и обратный по знаку заряду частицы. При этом предполагается, что заряд, фиксируемый при контакте и отрыве частиц, должен быть одинаковым и по величине, и по знаку. Однако экспериментальные данные показывают, что заряд, уносимый частицей пыли при отрыве, не эквивалентен по величине, а иногда и по знаку исходному заряду, обнаруживаемому при контакте [81, 121]. [c.95] При рассмотрении контактных явлений обычно допускается, что осаждающиеся частицы до момента контакта не были в соприкосновении друг с другом и с подложкой, что равноценно исключению трибоэффекта (о роли последнего см. 41). Кроме того, не учитывается возможность возникновения разряда между частицей и поверхностью при отрыве частицы. Такой разряд наблюдается и при отрыве пленок, он зависит от скорости их отрыва и существенно влияет на величину работы адгезии [7, с. 32]. Влияние разряда в процессе отрыва частиц пока еще не изучено, можно лишь предположить, что с уменьшением размеров частиц снижается вероятность возникновения разряда между частицей и поверхностью [122]. [c.95] Энергетические уровни контактирующих тел а —схема б —контакт с металлом в —контакт с окрашенным металлом. [c.96] ЗОН имеются примесные уровни, которые сообщают поверхности донорные или акцепторные свойства. [c.96] Для исследования влияния на адгезию электрических сил целесообразно рассмотреть два вида контактных прессов полупроводник (частицы пыли)—металл (подложка) и полупроводник (частицы пыли)—полупроводник (стекло, окрашенная металлическая подложка) [82]. В зоне контакта происходит выравнивание уровней Ферми и искривление зоны проводимости и валентной зоны (рис. IV, 1,6) с одновременным появлением на границе контактирующих тел контактной разности потенциалов. На рис. IV, 1, б изображено изменение энергетических уровней полупроводника при его контакте с металлом, когда уровень Ферми металла лежит ниже уровня Ферми материала частицы (стекло). При этом появляется дырочная проводимость у металла, он становится донором электронов, а полупроводник (частицы)— акцептором. [c.96] При разъединении двух металлических поверхностей [124] заряд q пропорционален контактной разности потенциалов фк, т. е. [c.97] можно ожидать, что разность потенциала фк, возникающая при соприкосновении частиц с полупроводником, больше, чем при соприкосновении с металлом при одинаковой плотности зарядов. Увеличение фк неизбежно повлечет и увеличение сил адгезии. [c.97] Изменение адгезии под действием электрических сил. Оценить электрические силы, возникающие при образовании заряда в момент контакта частиц с поверхностью, можно тремя способами. Во-первых, по величине зарядов, обнаруживаемых при отрыве частиц пыли от подложки во-вторых, наложением на подложку потенциалов для нейтрализации заряда двойного слоя в-третьих, изменением работы выхода одной из контактирующих поверхностей. [c.97] Неоднозначность зарядов, возникающих при контакте одинаковых частиц с одной и той же подложкой, объясняется локальным изменением концентраций носителей заряда, которые пропорциональны Uq [(см. уравнение (IV,4)]. Кроме того, выяснено [82], что зависимость относительного заряда qjm. .. [q — единичный заряд пылинки при ее отрыве т — масса частицы) от размера пылинки имеет тот же характер, что и зависимость числа адгезии yj от размера частиц в аналогичных условиях (рис. IV, 2). [c.98] К такому же выводу пришли Патат и Шмид, определившие величину заряда при отрыве слоя порошка методом наклона запыленной поверхности [28]. [c.98] Из приведенных данных видно, что с уменьшением размеров частиц растут электрические заряды, а следовательно,и электрическая компонента сил адгезии. Такая же тенденция, но с изменением знака заряда, наблюдается при отрыве в тех же условиях частиц окиси алюминия [28]. [c.99] Если первоначальный заряд равен 10 элементарных зарядов, а = 10 мкм и 6 = 5— 10 А, то согласно уравнению (IV, 9) электрическая компонента равна 0,05—0,06 мкдин, т. е. в сотни раз меньше компоненты молекулярного взаимодействия (см. гл. II, с. 55). Поэтому под величиной q следует понимать не первоначальный заряд частиц, а заряд, возникающий в результате донорно-акцепторных преобразований (см. рис. IV, 1). [c.99] Диаметр частиц, мкм. . . [c.100] Заряды частиц после отрыва в десятки раз превышают первоначальные заряды, фиксируемые после осаждения частиц на поверхность. Особенно значительный рост зарядов наблюдается после отрыва относительно мелких частиц, что соответствует данным рис. IV, 2. При отрыве обнаруживаются частицы обоих знаков заряда, причем знак заряда не зависит от знака начального заряда частиц. Превалируют все же отрицательно заряженные частицы, доля которых составляет примерно 75% от общего числа частиц. [c.100] Заряд частиц при отрыве концентрируется главным образом Б зоне контакта частицы, т. е. [c.100] Из уравнения (IV, 11) следует, что отношение F jq или as не должно зависеть от размеров частиц. [c.100] Эксперимент подтверждает теорию плотность заряда двойного слоя для частиц, диаметр которых колеблется от 8 до 20 мкм, примерно постоянна. Эти же данные могут служить косвенными доказательствами формирования сил адгезии за счет электрической компоненты. [c.100] Следует заметить, что имеется принципиальная возможность сочетать модификацию поверхности для уменьшения (увеличения) дисперсионного взаимодействия и одновременно электрической компоненты сил адгезии. Так, метилирование сообщает поверхности гидрофобность и способствует уменьшению адгезии частиц. Одновременно метилирование усиливает акцепторные свойства поверхности и может уменьшить электрическую составляющую адгезии в случае, если при адгезии поверхность проявляется как донор. [c.101] Изменения донорно-акцепторных свойств можно достигнуть адсорбцией паров или некоторых газов на твердой поверхности [27]. Металлической поверхности положительный заряд сообщают NH3, Н2О, СНзОН, ацетон, диоксан, пиридин отрицательный заряд— озон, I2, BF3. [c.101] Вернуться к основной статье