В книге дано теоретическое описание процесса гетерогенной рекомбинации атомов методами неравновесной термодинамики, классической и квантовой механики. Изложены новые экспериментальные методы исследования скорости рекомбинации, методики и установки.
Приведены экспериментальные результаты по вероятности поверхностной рекомбинации атомов водорода на широком классе материалов — моно- и поликристаллических твердых тел; их обсуждение и практические рекомендации. Рассмотрена температурная зависимость коэффициентов рекомбинации.
Рассчитана на научных работников в области физической химии — химии твердого тела, гетерогенного катализа, химической кинетики, плазмохимви, адсорбции. Может быть полезна студентам и аспирантам соответствующих специальностей.
ВВЕДЕНИЕ
Настоящая работа посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию элементарной реакции рекомбинации атомов газа на поверхности твердого тела. В качестве взаимодействующего на поверхности газа выбран водород, обладающий по сравнению с другими двухатомными газами — кислородом и азотом — рядом преимуществ, например, в связи с возможностью тщательной очистки, отсутствием осложняющих элементарную реакцию процессов, таких как образование окислов на поверхности твердого тела, азотирование, образование окислов азота, озона в разрядной трубке, являющейся источником атомов, и т. п.
Выбор объектов исследования был довольно обширным. Исследованы чистые металлы (никель, вольфрам) в монокристаллическом и поликристаллическом состоянии, монокристаллы полупроводников — кремния, германия, карбида кремния, антимонидов галлия и индия, кристаллы щелочногалоидных солей, слюд, окислов (кремния и магния.), а также ряд тугоплавких соединений — карбидов, боридов, гексаборидов, нитридов, силицидов и гидридов. Необходимость выбора и исследования материалов с таким большим диапазоном физических и физико-химических свойств вызвана тем, что лишь накоплением большого числа экспериментальных данных можно выяснить общий фактор, влияющий на величину скорости поверхностной реакции на разных веществах.
Особое внимание обращено на чистоту и контроль состояния исследуемых поверхностей. В зависимости от специфики используемых образцов применяли следующие методы: рентгенографию, металлографию, электронную микроскопию, электронографию, ядерный магнитный резонанс, измерение работы выхода электрона.
Работа предусматривала изучение большого количества монокристаллических образцов, имеющих вид плоских дисков. В то же время в литературе известны методы, применяемые для металлических проволок, трубок из исследуемого материала либо покрытий на внутренних стенках кварцевой трубки или на кварцевом капилляре.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ,.,,,..,.......,.......................
Глава I. ОБЗОР РАБОТ ПО ГЕТЕРОГЕННОЙ РЕКОМБИНАЦИИ АТОМОВ 9
31
§ 1. Применение термодинамики необратимых процессов..... 31
-----------------~~ч~«|ч» чошвтяЛЛИЦРГКОГО КОИСТЭЛ-
Глава П. ТЕОРИЯ ГЕТЕРОГЕННОЙ РЕКОМБИНАЦИИ АТОМОВ § 1. Применение термодинамики необратимых процес § 2. Молекула водорода на поверхности неметаллического кристалла............................ 38
§ 3. Классическая модель гетерогенной рекомбинации...... 43
§ 4. Квантовомеханическая теория каталитической рекомбинации
атомов газа на поверхности твердого тела.......... 49
Глава III. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ. МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ РЕКОМБИНАЦИИ ........ 62
§ б. Метод ЭПР с помещением образца вне объема резонатора радиоспектрометра ....................... 62
§ 6. Метод ЭПР с помещением образца в объем резонатора радиоспектрометра ....................... 73
§ 7. Тепловая методика измерения коэффициента рекомбинации с
помощью регистрации тепловыделения на образце...... 76
§ 8. Уравнение теплового баланса образца-пробы с термопарным
датчиком в газовой среде................. 82
§ 9. Зондирование реакционного объема каталитически активным
термометрическим датчиком ............... 93
§ 10. Определение степени атомизации газа в потоке и коэффициентов рекомбинации на металлических проволоках......107
§11. Расчет температуры газа вблизи поверхности катализатора . . 111
§ 12. Применение математической статистики к анализу результатов
измерений ........................114
Глава IV. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РЕКОМБИНАЦИИ АТОМОВ ВОДОРОДА НА ПОВЕРХНОСТИ МОНОКРИСТАЛЛОВ И ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ............. 122
§ 13. Исследование каталитической активности поверхности монокристаллов полупроводников...............122
§ 14. Рекомбинация атомов водорода на гранях монокристаллов
окислов .........................139
§ 15. Рекомбинация атомов водорода на гранях монокристаллов вольфрама и никеля .....................143
§ 16. Роль точечных дефектов и коллоидов в монокристаллах щелоч-
ногалоидных солей. Рекомбинация на пленках........149
§ 17. Влияние особенностей структуры поверхностей монокристаллов
слюд на процесс рекомбинации атомов водорода......157
§ 18. Исследование каталитической активности различных модификаций углерода......................161
§ 19. Рекомбинация атомов водорода на поверхности боридов и силицидов металлов......................167
§ 20. Роль дефектности в нестехиометрических поликристаллах тугоплавких карбидов....................172
§ 21. Особенности каталитического поведения для гидридов циркония и титана.......................178
Глава V. ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТОВ РЕКОМБИНАЦИИ АТОМОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕПА.......183
§ 1. Классические одномерные модели элементарного акта рекомбинации...........................183
§ 2. Термодинамика адсорбированных атомов..........187
§ 3. Температурная зависимость коэффициента рекомбинации. Экспериментальные результаты...................189
ЛИТЕРАТУРА ............................194
Цена: 150руб.
