|
Изменение работы выхода электронов при упругопластическом деформировании металлов Запорожский государственный технический университет Научный руководитель: Левитин Валим Владимирович, д.т.н. Одной из основных энергетических характеристик металлов является работа выхода электрона (РВЭ). РВЭ определяется как разность энергии электрона на поверхности Ферми и в бесконечности. Изменения РВЭ могут быть обусловлены различными факторами, влияющими на величину электростатического барьера на поверхности. К этим факторам относится и упругопластическое деформирование металлов. В настоящее время накоплен значительный экспериментальный материал по различного рода деформационным зависимостям РВЭ. Расчёт РВЭ выполняют на основе метода функционала электронной плотности. Однако в этом случае, так же как и в других квантовомеханических моделях приходится идеализировать металлический образец, пренебрегая его трёхмерностью и не учитывая дефектной структуры поверхности. Целью данной работы была разработка такой теоретической модели, которая, с одной стороны, использовала бы достижения современных квантовомеханических расчётов РВЭ, а с другой, предоставляла бы возможность учитывать структуру реальной металлической поверхности и её изменения в результате упругопластического деформирования. В данной работе для учета атомарной шероховатости поверхности была применена модель расчета РВЭ на основе метода электроотрицательности [1]. Согласно этой модели, РВЭ неидеальной поверхности можно рассматривать как усреднённое значение электроотрицательности наружных атомов металла. В качестве характеристики поверхности используется число разорванных связей с ближайшими i и последующими j соседями наружных атомов поверхности. В случае наружной плоскости (hkl) значения i и j для всех атомов одинаковы (идеальная поверхность). Поликристаллические поверхности, образованные различными гранями микрокристаллов, являются неидеальными, поскольку их наружные атомы некоторым образом распределены по i и j. Для неидеальной поверхности РВЭ является усреднённой величиной, описываемой уравнением
где Sij - доля поверхности, занятая дефектом [монокристаллическая плоскость (hkl), работа выхода которой j ij, является функцией i и j]. Зависимость РВЭ от i и j описывается для ГЦК кристаллов [2]:
Здесь xij - орбитальная электроотрицательность наружного атома поверхности; (12 - i) представляют собой число связей наружного атома с ближайшими соседями; na - число электронов, участвующих в такой связи, отнесённое к одному атому; (6 - j) - число связей с последующими соседями; nb- число электронов, принимающих участие в такой связи, отнесённое к одному атому; ra - атомный радиус данного элемента.С экспериментом целесообразно сравнивать изменение РВЭ монокристаллической поверхности (hkl) в результате нарушения её структуры или модификации, т.е. появления атомов с i и j отличными от a и b:
Были выполнены расчёты деформационной зависимости РВЭ для различных кристаллографических плоскостей алюминия в соответствии с приведенными формулами (1) - (3). Значения na и nb рассчитывались на основании знаний о характере связи атомов в алюминии. Обнаружено, что с ростом упругой деформации РВЭ возрастает только для плоскости (111).В рамках рассматриваемой модели был также выполнен расчёт влияния плотности дислокационных ступенек, образующихся при пластическом деформировании металла, на изменение РВЭ. Показано, что при этом РВЭ уменьшается, выходя на насыщение при достижении определённой концентрации дислокационных ступенек. Последнее согласуется с экспериментально наблюдаемым предельным РВЭ при пластическом деформировании.
Рис.1. Зависимость РВЭ от плотности ступенек для Al. Список публикаций [1] Гифтопулос Е, Хатсопулос Г. Квантовотермодинамический смысл электроотрицательности и работы выхода // Термоэмиссионные преобразователи энергии. Сб. статей. Пер. с англ.- М., Атомиздат.-1971.- С. 52 - 58. [2] Рудницкий Л.А. Некоторые поверхностные и объёмные свойства твёрдых тел в терминах электроотрицательности // Журнал физической химии.- 1979.- 53, №12.- С. 3003 - 3014. |
(1)
(2)
(3)
| (c) АСФ России, 2001 |