Беттік (Фольмер) диффузия

Фольмер тәжірибесінде сынап жоғары вакуумда қатты салқындатылған бетке буланады. Түзілген кристалдардың пішіні пластина тәрізді болған. Фольмер кристалл ені бойынша қалыңдығымен салыстырғанда 100 есе тез өсетінін тапқан. Бұл нәтижені сынап атомдарының пластинкалар жазықтығы бойынша жоғары диффузиялануымен түсіндіруге болады.

Беттік диффузия коэффициенті D көлемдік диффузия коэффициенті сияқты орын ауыстыратын ақау (вакансия, адсорбцияланған атом) диффузия коэффициентінің D оның тепе-теңдіктегі концентрациясына көбейтіндісіне N тең:

D , мұндағы p– секірістер саны, -ақаудың бетке жасай алатын секірістер ұзындығы, - ақаудың беттегі тербелістер жиілігі, және - ақаудың түзілу және орын ауыстыру энергиялары.

Беттік диффузияның және энергетикалық сипаттамаларын қарастырайық. 5.9-суреттегідей адсорбцияланған атомды алайық. Шар - атомдар түрінде бейнеленген кристалдың құрылымы – жағынан орталықтанған кубты (ж.о.к.), яғни адатоммен бірге кристалдың (111) жазықтығы.

Адатомның әрбір көрші атоммен бір химиялық байланыс энергиясы έ. Атомның 3 көршілері: А, В, С атомдары бар. Адатом бет бойымен орын ауыстырғанда оның ең жақын көршілері В мен С болады. Бұл күйді бастапқы –тепе-теңдік күйден өзгеше белсенді күй деп атаймыз.

 

 

 

 

5.9-сурет. Адатоммен бірге ж.о.к. кристалдың (111) жазықтығы

 

Белсендіру үшін энергия керек. Бірақ белсенді күйде адатомға алыс А және Д көршілері де әсер етеді. Онда .

Дәл есептеулер мәні береді, Мұндағы – сублимация жылуы. Кесте бойынша үлкен емес, яғни (111) бетінде адсорбцияланған атомдар өте қозғалмалы. Қозғаушы күш, мысалы температура градиенті болса, олар бет бойымен шариктер сияқты қозғалады. Беттік диффузияның мұндай механизмі – «қаңбақ» механизмі деп аталады. Бөтен қоспа атомдар диффузиясы үшін «оралған кілем» механизмі орындалады, ол беттің моноатомды қоспалық қабатпен қапталуымен аяқталады.