|
Приготовление атомарно-чистых поверхностей в газодинамических экспериментах Уральский государственный университет Научный руководитель: Борисов Сергей Федорович, д.ф.-м.н. В экспериментах, связанных с изучением процессов взаимодействия разреженного газа с поверхностью твердых тел, необходимо иметь информацию о физико-химических свойствах поверхности. С определенной достоверностью химический состав поверхности можно гарантировать, если соблюдается методика ее приготовления, отработанная в контролируемых условиях. В данной работе для приготовления атомарно-чистой поверхности применялся метод напыления тонкой пленки металла на подложку в глубоком вакууме (10-8-10-9 Па). Подложкой служила поверхность стеклянного канала. Специальный испаритель был изготовлен в виде сердечника с плотно намотанной серебряной проволокой диаметром 100мкм., предварительно отожженной в вакууме. В качестве сердечника использовалась нихромовая проволока диаметром 300 мкм. Исходя из предположения, что все испаренные молекулы достигают поверхности (стенок канала) и оседают на ней, оценена зависимость толщины напыляемого слоя h от температуры испарителя T и времени испарения t.
где S-площадь поверхности испарителя, S c–площадь внутренней поверхности канала, A и B табличные значения.Необходимым условием формирования однородного по толщине покрытия является постоянство профиля температуры испарителя вдоль оси канала. Такое требование может быть обеспечено путем использования в качестве испарителя проволоки, длина которой превышает размеры канала. При этом падение температуры на концах испарителя, вызванное стоком тепла через торцы испарителя, происходило за пределами канала. Дифференциальное уравнение распределения температуры вдоль проводника с током имеет вид:
где l - коэффициент теплопроводности проволоки, s - постоянная Стефана – Больцмана, e -степень черноты материала проволоки, r - удельное электрическое сопротивление, g – периметр поперечного сечения проволоки, Т – ее температура, Тс– температура внутренней стенки канала, которая определяется из решения следующей системы уравнений и граничных условий:
где ql -тепловой поток через стенку канала; Тe и Ti- температуры наружной и внутренней стенок канала, соответственно; g i периметр внешней стенки канала; di и de внутренний и внешний диаметр канала; l с, e c теплопроводность и степень черноты стекла “пирекс”; Tw -температура стенок вакуумной камеры.На границе x=0 температура рассчитывается с помощью метода, предложенного Флинном. Значение максимальной температуры находится из решения исходного уравнения (2) для бесконечной нити. При решении этого уравнения использовался численный метод расчета. На рисунке представлено решение уравнения (2), демонстрирующее распределение температуры вдоль испарителя для различных значений тока, протекающего в нем.
При сравнении результатов расчета с экспериментальными данными, полученными пирометрическим методом, достигнуто удовлетворительное согласие. Результаты работы были использованы при исследовании влияния химического состава поверхности на газодинамическую проводимость канала в свободно молекулярном режиме. The research described in this publication was made possible in part by Awards No: REC-005 of the U.S. Civilian Research and Development Foundation for the Independent States of the Former Soviet Union (CRDF) and INTAS No: 99-00749 |
, (1)
, (2)
(3)
| (c) АСФ России, 2001 |