Неустойчивости в поверхностных фазах

Многофононный механизм захвата 90 Модель желе 14, 15, 173, 212 Морзе потенциал 214 Мономолекулярная адсорбция 221 Неустойчивости в поверхностных фазах 274,275 Нуль-мерные ЯЭС 80 Нернста-Эйнштейна соотношение 273 Носители горячие 27 [c.281]

Особенности неравновесных процессов в поверхностных фазах. Ярко выраженная взаимосвязь разных типов неоднородностей межфазных границ полупроводников, присутствие на них долгоживущих колебательно-возбужденных фрагментов, включающих в себя адсорбционные комплексы, создает, согласно электронной теории неупорядоченных систем, благоприятные условия для развития всякого рода неустойчивостей и стохастических автоколебаний. Одной из неустойчивостей поверхностной фазы является возникновение в ней на фоне обычных равновесных флуктуаций белый шум) коротких [c.274]

Для того, чтобы физика поверхности достигла зрелого возраста, необходимо в первую очередь раскрыть истинный механизм многих электронных и молекулярных (атомных) процессов на поверхности, установить однозначные взаимосвязи между ними с учетом сильной гетерогенности поверхностной фазы. В условиях резкой неравновесности различных подсистем поверхностной фазы в ней возможно возникновение разного типа нелинейных неустойчивостей, метастабильных состояний и диссипативных структур. Поверхность является типичной нелинейной открытой системой, в которой все эти пространственно-временные частично упорядоченные состояния вполне могут реализоваться из-за вибронных взаимодействий. Пока имеются только робкие попытки применить к поверхности принципы синергетики. Решение проблемы самоорганизации поверхностных структур явилось бы крупнейшим успехом в дальнейшем развитии микро- и наноэлектроники, информатики, биофизического моделирования и многих других областях техники. [c.276]

Так, если в термодинамически устойчивой системе (фх <<Рх2) случайно в порядке флуктуации в старой устойчивой фазе возникло бы сгущение, отвечающее появлению новой фазы, то ио прошествии короткого промежутка времени новообразование исчезло бы — флуктуация рассеялась бы. В случае метастабильного состояния (фх1>ф12)> когда устойчивой является новая фаза, малые флуктуации, соответствующие г<г р, также являются неустойчивыми, несмотря на то, что в макроскопических масштабах новая фаза является единственно устойчивой. При размерах флуктуации r>r p ситуация меняется. Выигрыш в работе образования новой фазы за счет объемного члена начинает преобладать над проигрышем, вызванным поверхностным членом [формула (2-1)]. Таким образом, флуктуации, превышающие Гкр, устойчивы и не распадаются. Дальнейший рост новой фазы, происходит на таких устойчивых образованиях, поскольку всякое дальнейшее увеличение их размеров способствует увеличению устойчивости флуктуации. [c.32]

При фазовых переходах, особенно в начальной стадии, важную роль играет поверхностное натяжение. Температура равновесия двух изотропных фаз чистого вещества зависит не только от давления, но и от кривизны поверхности раздела. Если представить в жидкости пузырек пара радиуса г, то чем меньше г при заданном внешнем давлении р, тем выше эта температура. Равновесие такого рода неустойчиво. При случайном уменьшении пузырька давление в нем становится недостаточным, чтобы противостоять внешнему давлению и сжимающей силе поверхностного натяжения 0. Пузырек захлопывается. При случайном увеличении пузырька происходит его дальнейший рост. Условия механического и вещественного (химического) равновесия имеют следующий вид [c.22]

Размер равновесного зародыша новой фазы тем меньше, чем меньше поверхностная энергия и чем больше степень пересыщения, определяемая разностью фактической и равновесной концентраций. При малом пересыщении, например при медленном добавлении реагента, размеры равновесных зародышей больше, число их невелико, происходит рост зародышей, можно получить крупные кристаллы. При больших пересыщениях размеры зародышей малы, число их велико, все осаждаемое вещество выделяется в виде первичных частиц и рост их не происходит. Постепенно дисперсность может измениться за счет растворения наиболее мелких неустойчивых частиц и роста более крупных. Рекристаллизация (старение) осадка идет медленно, так как связана с диффузионными процессами. [c.111]

Создается деформированный, упрочненный слой (фиг. 101) на глубину 0,2—0,4 мм и даже несколько больше, что увеличивает твердость, сопротивление поверхностного слоя пластической дефор-.мации и разрушению в результате разламывания кристаллических зерен на мозаичные блоки, искажения решетки и ряда структурных превращений. В случае наличия на поверхности стали неустойчивой при обыкновенной температуре фазы — аустенита происходит фазовое превращение и образование мартенсита (фиг. 102), что вызывает увеличение твердости. [c.158]

Кристаллическое состояние металлов термодинамически является неустойчивым и постепенно стремится перейти в более устойчивое аморфное (ионное) состояние. Этому процессу способствуют адсорбированные молекулы газов и паров и появление на наиболее активных участках поверхностей твердых тел молекул кислорода, воды, растворов электролитов и поверхностно-активных веществ. Тем самым на границе раздела фаз, например металл - окружающая среда, создаются условия для возникновения химических процессов, приводящих к разрушению металла. Процесс самопроизвольного разрушения металлических материалов вследствие физико-химического взаимодействия их с окружающей средой получил название коррозии металлов. Коррозия [c.75]

К приближенному описанию движения нелинейных систем можно приступить, располагая уже применявшимися ранее способами, которые мы напомним лишь вкратце, хотя и приведем пример использования приближенных методов в задаче, имеющей точное решение. В дальнейших примерах мы дадим более общий обзор возможных в нелинейных системах явлений, так как оказывается, что наряду с уже известными по линейным системам явлениями в нелинейных системах могут проявляться многочисленные новые нелинейные эффекты, важные с технической точки зрения. Среди многого другого сюда относятся возникновение неустойчивости форм движения, скачки амплитуды и фазы, высокочастотные колебания, субгармоническое возмущение, комбинационные частоты, выпрямленные воздействия, явления затягивания. Здесь приводится лишь поверхностное описание этих явлений, подробные же сведения о них можно найти в специальной литературе (см., например, [10, 16, 19]). [c.229]

Для малых капель поверхностная свободная энергия, проиорциональная r , растет быстрее, чем уменьшается объемный член в выражении для термодинамического потенциала [пропорциональный см. уравнение (2-2)]. Поэтому рост капель ведет к росту термодинамического иотенинала и конденсация при этом невозможна. Для больших капель, начиная с /- р, уменьшение объемного члена обгоняет рост поверхностного и конденсация становится возможной. Таким образом, неустойчивость равновесия между фазами выражается в том, что потенциал системы Ф имеет при г = г, р не минимальное значение, как при обычиом устойчивом термодинамическом равновесии, а, наоборот, максимальное. [c.30]

Эмульсия может быть определена как дисперсия одной жидкости в другой. С термодинамической точки зрения такая система неустойчива, однако время, требуемое для ее разделения на фазы, может составлять от нескольких секунд до нескольких лет. Свободная поверхностная энергия проявляется как сила, уменьшающая площадь поверхности раздела и способствующая соединению мелких капель в более крупные, когда они соприкасаются в результате броуновского движения или механического перемешивания. Скорость расслоения зависит от первоначального размера частиц, разницы в плотиости фаз, вязкости непрерывной фазы и силы тяжести, действующей на частпцы. Таким образом, расслоение эмульсии нередко может быть ускорено путем увеличения ее силы тяжести центрифугированием. В некоторых случаях можно уменьшать или увеличивать плотность и вязкость дисперсионной среды добавлением в нее растворимых веществ или растворителя. [c.124]

Механизм плавки в отражательной печи можно представить следующим образом. Нагрев шихты, лежащей на поверхности откосов, за счет тепла, излучаемого факелом, сопровождается сушкой материала и термической диссоциацией внесших сульфидов и других неустойчивых соединений. По мере нагрева в поверхностных слоях шихтовых откосов начинают плавиться легкоплавкие составляющие шихты — сульфидные и оксидные эвтектики. Образующийся при этом первичный расплав стекает по поверхности откосов, растворяет в себе более тугоплавкие компоненты и попадает в слой шлакового рарплава. С этого момента фактически начинается разделение шлаковой и штейновой фаз капли оксидной фазы растворяются в общей массе шлака, имеющегося постоянно в печи, а капли штейна проходят через слой шлака и образуют в нижней части ванны самостоятельный слой. [c.132]

Теория нестационарного горения пороха охватывает широкий круг явлений, связанных с проблемой чувствительности скорости горения к быстрым изменениям опрецеляющих параметров, т. е. происходящим за время меньше одного из времен тепловой релаксации слоев распространяющейся тепловой волны. Существенным является то, что время релаксации теплового слоя пороха на несколько порядков больше времен релаксации газовых слоев (в соответствии с отношением плотности пороха к плотности газа). Это приводит к тому, что при быстрых изменениях давления и других параметров размеры слоев и градиенты температур в газовой фазе практически мгновенно следуют за изменениями параметров, в то время как тепловой слой пороха и градиенты температуры в нем еще не изменились. Тем самым нарущается -стационарное распределение температур и стационарные значения потоков тепла, переходящих из газовых слоев в тепловой слой пороха. Это приводит к временному перегреву или охлаждению слоев, т. е. к нестационарной скорости горения в течение Бремени релаксации теплового слоя пороха. Теория, в частности, приводит к следующим выводам при быстрых подъеме или спаде давления скорости горения вначале соответственно больше или меньше, чем стационарные скорости при новых давлениях при достаточно быстром спаде давления порох затухает вследствие охлаждения поверхностного Слоя пороха при горении в полузамкнутом объеме и в случае, когда время релаксации теплового слоя пороха больше, чем время истечения газов из полузамкнутого объема, возникает неустойчивость горения и порох затухает ). [c.363]

В паровой фазе время от времени происходят флуктуации, при которых молекулы пара слипаются, образуя молекулярные комплексы — зародыши жидкой фазы. В ненасыщенном паре, когда устойчива газовая фаза, комплексы неустойчивы и вскоре распадаются (испаряются). В пересыщенном паре неустойчивы лишь комплексы очень малых размеров. Увеличение мельчайших комплексов за счет прилипания новых молекул энергетически невыгодно из-за возрастания поверхностной энергии на границе раздела между жидкой и газовой фазами. Рост комплексов достаточно больших размеров энергетически выгоден, так как благоприятный объемный энергетический эффект (выделение скрытой теплоты) при достаточно больших размерах становится больше неблагоприятного поверхностного. При каждой степени пересыщения существуют определенные, критические размеры комплексов. Сверхкритические зародыши с радиусом больше критического) устойчивы, жизнеспособны и обнаруживают тенденцию к дальнейшему росту и превращению в капельки жидкости. Скорость образования жизнеспособных зародышей центров конденсации пропорциональна вероятности появления комплексов критических размеров. Для образования таких комплексов должна быть затрачена некая энергия АФтах нужно преодолеть потенциальный барьер, поэтому вероятность таких флуктуаций по закону Больцмана пропорциональна ехр (—ДФтах/ )- [c.459]

Контакт воды с металлической поверхностью приводит к коррозии металлов, протекающей по электрохимическому механизму. Величина водонефтяного соотношения, характерного для конкретного месторождения, при котором система нефть — вода становится неустойчивой, может быть использована в качестве параметра для прогнозирования скорости коррозионного разрушения оборудования. Углеводороды практически не вызывают коррозию металлов. Однако неполярная фаза в системе нефть — вода оказывает значительное влияние на коррозионную активность водонефтяной системы в целом, повышая или понижая ее. Повышение защитного действия углеводородной составляющей в эмульсионной системе вода — нефть связано в основном с ингибирующими свойствами ПАВ, входящими в природную нефть. Наиболее активные ПАВ — нафтеновые н алифатические кислоты и асфальтосмолистые вещества. Содержание ПАВ в нефтях различных месторождений колеблется в широких пределах. Молекулы нафтеновых и алифатических кислот состоят из неполярной части — углеводородного радикала и полярной части карбоксильной группы, что обусловливает их способность адсорбироваться на границе раздела фаз. Соли нафтеновых кислог более полярны, чем сами кислоты, и более поверхностно-активны. Величина поверхностного натяжения на границе раздела вода — очищенная фракция нефти (например, вазелиновое масло или очищенный керосин) составляет 50—55 мН/м, в то время как поверхностное натяжение на границе раздела вода — сырая нефть не превышает 20—25 мН/м. Это свидетельствует об адсорбции поверхностно-активных компонентов нефти на границе раздела сырая нефть—вода. В щелочной пластовой воде происходит реакция взаимодействия нафтеновой кислоты с ионом щелочного металла. Образующееся соединение более поверхностно-активно, чем нафтеновые кислоты. [c.122]

Исходя из сказанного, механизм канлеобразования на поверхности исследованных твердых тел можно рассматривать, по-види-мому, следующим образом. Возникающие на субмикроскопических дефектах зародыши жидкой фазы образуют пленку, которая, вследствие неполной смачиваемости неустойчива и быстро стягивается в капли. Вокруг капель образуются углубления, т. е. масса капли формируется из материала поверхностного слоя кристалла, в результате чего и образуется углубление (рис. 5). [c.47]

Ц е нтры графитизации появляются после переохлаждения жидкого чугуна или пересыщения аустенита углеродом, когда они обладают избыточным запасом свободной энергии. В свою очередь, образование графита ведет к появлению поверхности раздела между фазами в чугуне, что, наоборот, увеличивает запас свободной (поверхностной) энергии. Таким образом, получается неустойчивое равновесие, возникающие кристаллы графита неустойчивы, они непрерывно создаются и распадаются. [c.149]

Зарождение и рост фазы СиО в процессе поверхностного окисления меди на воздухе при температурах от 970 до 1030° С [9 а, 9 б]. Мы показали i[10], что в температурном интервале 600—970° С окисная пленка меди состоит при температуре опыта (независимо от времени окисления) из двух сплошных и плотных слоев 112O и СиО толщина последнего слоя уменьшается по мере повышения температуры. Выше 1030° С остается только слой СигО, фаза СиО становится неустойчивой. Таким образом, при температурах от 970 до 1030° С фаза СиО увеличивается все более медленно и можно надеяться наблюдать ее зарождение и рост. [c.135]

В большинстве случаев сварки наблюдается волнообразность зоны соединения, связанная, по-видимому, с неустойчивостью кумулятивной струи. Микрорентгеновский анализ зоны сварки говорит о бездиффузионном ее характере. Под воздействием "высоких давлений и резкой локализации повышения температуры в зоне сварки может наблюдаться появление новых фаз. Вблизи границ раздела имеет место неширокая (10... 100 мкм) зона наклепанного металла. Поверхностный слой метаемой заготовки, испытывающий непосредственное воздействие продуктов детонации, также подвергается наклепу. Неравномерная деформация заготовок приводит к появлению остаточных напряжений. [c.492]

Традиционный физический пример самоорганизации — возникновение в подогреваемом снизу слое жидкости структуры из шестигранных призматических ячеек (ячейки Бенара, рис. 24.1а). Для образования подобной структуры принципиальны неравновесность нелинейной среды и ее диссипативность — в результате развития конвективной неустойчивости нарастают возмущения поля скорости и температуры в некотором интервале пространственных масштабов, затем из-за эффекта конкуренции масштабов (возможного только при наличии диссипации) выживает решетка лишь вполне определенного масштаба (рис. 24.16). Шестигранники образуются в результате синхронизации фаз решеток с разной пространственной ориентацией (см. 24.4). Такая синхронизация возможна в жидкостях, где вязкость (поверхностное натяжение или диффузионные коэффициенты) зависит от температуры. Формальное описание синхронизации различных пространственных мод содержится в 24.4. Ни масштаб решетки, ни структура ячеек практически не зависят от условий на боковых границах слоя, если его размеры по горизонтали достаточно велики. [c.514]

Защиту от окисления особенно трудно осуществить при спекании металлов, образующих трудновосстановимые окислы (хром, титан, алюминий), упругость диссоциации которых очень низкая. При спекании таких металлов потребуется тщательная очистка защитного газа от кислорода. Выбор защитной среды в значительной степени зависит от состава спекаемых изделий, типа печей, экономических факторов и т. п. Взаимодействие с атмосферой ие должно приводить к образованию соединений, ухудшающих свойства спеченных тел. В целом атмосфера спекания влияет на десорбцию газов, рафинирование, восстановление и диссоциацию окислов, перенос металла через газовую фазу, образование устойчивых и неустойчивых соединений при взаимодействии с материалом спекаемого тела, поверхностную диффузию атомов и др. [c.347]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...