ЭЛЕКТРОХИМИЯ, 2004, том 40, № 1, с. 119-121
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 539.21,536.42
РАБОТА ВЫХОДА ЭЛЕКТРОНА СПЛАВОВ НАТРИЯ С РУБИДИЕМ
© 2004 г. А. Б. Алчагиров, Б. Б. Алчагиров1, Т. А. Сижажев, X. Б. Хоконов, М. А. Яганов
Кабардино-Балкарский государственный университет, Нальчик, Россия Поступила в редакцию 03.10.2002 г. После переработки поступила 11.03.2003 г.
Впервые фотоэлектрическим методом Фаулера определены температурные и концентрационные зависимости работы выхода электрона 16 сплавов системы №-КЪ в эвтектической области составов. Политермы работы выхода электрона (РВЭ) рубидия изученных сплавов описываются линейными уравнениями с отрицательными температурными коэффициентами. Показано, что наличие эвтектики на фазовой диаграмме состояния системы Ма-ЯЪ не находит отражения на изотермах РВЭ.
Ключевые слова: щелочные металлы, натрий, рубидий, сплавы, эвтектика, электронная эмиссия, работа выхода электрона.
ВВЕДЕНИЕ
Работа выхода электрона (РВЭ) является одной из важных характеристик состояния поверхности металлов и сплавов, которая определяет их эмиссионные свойства [1, 2]. В литературе имеется указание о возможности использования РВЭ как метода физико-химического анализа вещества [3, 4]. К настоящему времени можно считать установленным, что наличие устойчивых химических соединений в сплавах находит отражение на концентрационной зависимости РВЭ в виде особых точек. Однако для металлических систем с эвтектикой этот вопрос не получил еще однозначного ответа [4, 5].
В литературе имеется только одна работа, посвященная изучению РВЭ системы Ма-ЯЪ [5], в которой изучен лишь один сплав в концентрационной области, включающей эвтектическую точку. Поэтому построенная в [5] изотерма РВЭ ф(х) в указанной концентрационной области является экстраполяционной, что не дает основания говорить о возможности влиянии эвтектики на концентрационную зависимость РВЭ системы Ма-ЯЪ.
В данной работе представлены результаты более детального экспериментального изучения температурных и концентрационных зависимостей РВЭ 16 сплавов системы Ма-ЯЪ в интервале составов от чистого рубидия до 36.95 ат. % Ма, включающем эвтектический сплав (82.1 ат. % ЯЪ + 17.9 ат. % Ма).
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Измерения работы выхода электрона проводились фотоэлектрическим методом Фаулера с использованием измерительной ячейки, позволя-
1 Адрес автора для переписки: alchg@kbsu.ru (Б.Б. Алчагиров).
ющей готовить сплавы и определять РВЭ в идентичных условиях [6]. Погрешность определения РВЭ составляла ±0.02 эВ. Использованные образцы Ма и ЯЪ содержали не менее 99.995% основного элемента. Методика их загрузки и термообработки в вакууме ~10-7 Па по воздуху и процедура измерений РВЭ достаточно полно описаны ранее в [6]. Отметим только, что измерения фототоков проводились в интервале температур от 27 до 147°С как при повышении, так и понижении температуры. Для расчета РВЭ полученные данные по фототокам обрабатывались на ЭВМ по программе, обеспечивающей автоматическое совмещение экспериментальных кривых спектральной зависимости фототоков с теоретической кривой Фаулера [7].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
На рис. 1 показаны данные по температурной зависимости РВЭ, полученные для чистого рубидия и ряда сплавов системы натрий-рубидий. Политермы РВЭ достаточно хорошо описываются линейными уравнениями с отрицательными температурными коэффициентами РВЭ (Эф/ЭТ)*. Следует отметить, что полученные политермы РВЭ чистого рубидия и его сплавов с натрием не претерпевают скачков при фазовых переходах "твердое-жидкое".
На рис. 2 представлены температурные коэффициенты РВЭ изученных сплавов системы Относительная погрешность определения (Эф/ЭТх составляет около 8%. Концентрационная зависимость температурного коэффициента РВЭ носит сложный характер в области составов с небольшим (5-10 ат. %) содержанием натрия в рубидии,
120
АЛЧАГИРОВ и др.
ф, эВ 2.20 2.10
2.20 2.10
2.20 2.10
2.20 2.10
о а • б
оо1
4
30
65
100
Т, °С
Рис. 1. Политермы работы выхода электрона сплавов системы Ка-ЯЬ при повышении (а) и понижении (•) температуры: 1 - чистый ЯЬ, 2 - 4.04, 3 - 7.32, 4 - 22.46 ат. % N в ЯЬ.
что характерно для сплавов, компоненты которых имеют отличные друг от друга величины РВЭ.
Используя полученные данные ф(7), мы построили изотермы РВЭ ф(х) при трех фиксированных температурах: 37, 57 и 77°С, последняя из которых показана на рис. 3. На этом же рисунке представлены данные работы [5] при температуре 77°С и диаграмма состояния системы Ка-ЯЬ. Из рис. 3 видно, что экспериментально полученная в [5] точка (т.е. значение РВЭ сплава околоэв-
тектического состава) удовлетворительно "ложится" на изотерму РВЭ, построенную по нашим данным. Наличие эвтектики на диаграмме состояния системы натрий-рубидий не находит отражения на изотерме РВЭ этой системы.
Обычно экстремумы на концентрационных зависимостях физических параметров эвтектических систем, в том числе и РВЭ, связывают прежде всего с особенностями строения и структур сплавов эвтектического состава, отличающими их от других фаз [4, 9]. Так, авторы [4] полагают, что эвтектики имеют не только индивидуальные температуры плавления, но и индивидуальные, характерные для них величины работы выхода электрона.
В работах [10, 11] при исследовании структурных факторов Бхх(д) в длинноволновом пределе (когда волновое число д —► 0) для систем Ка-С8 и Ка-ЯЬ отмечены особенности на зависимости Бхх(0) от концентрации, свидетельствующие о склонности однородного жидкого раствора к образованию концентрационной неоднородности. Неоднородность же в жидком состоянии является в основном результатом "послеплавления" и сохранения элементов структуры твердого состояния в метастабильном виде [9]. Но, как видно из рис. 4, структурный фактор Бхх сплавов системы Ка-ЯЬ имеет особенности в виде пиков и провалов только в концентрационной области от 10 до 60 ат. % ЯЬ, тогда как вблизи эвтектического состава (82.1 ат. % ЯЬ) какие-либо особенности на зависимости Бхх от состава отсутствуют. Поэтому, на наш взгляд, отмеченный факт может служить одной из причин того, что наличие эвтектики на диаграмме состояния в системе Ка-ЯЬ не находит сколько-нибудь заметного отражения на изотерме ф(х) этой системы (в пределах погрешности ее определения), полученной в настоящей работе. Заметим, что результаты работы [12], посвященной проблеме
-(дф/дТ)х х 104, эВ/град
14 -
ф, эВ
Г, °С
120 60
-10
ЯЬ
10
20
30 40
ат. % №
ЯЬ
40
80 ат. % №
Рис. 2. Концентрационная зависимость температурного коэффициента работы выхода электрона сплавов системы Ка-ЯЬ.
Рис. 3. Диаграмма состояния и работа выхода электрона системы Ка-ЯЬ при 77°С. 1 - по данным [5], 2 -наши данные, 3 - теоретический расчет [8].
1
2
3
0
7
РАБОТА ВЫХОДА ЭЛЕКТРОНА СПЛАВОВ НАТРИЯ С РУБИДИЕМ
121
Рис. 4. Концентрационная зависимость структурного фактора Sxx системы при температурах, 1 -
263, 2 - 327 [9].
соответствия ф(л) виду диаграмм состояния бинарных металлических систем различного вида, также не подтвердили влияние эвтектики на ф(я) в системе
С другой стороны, необходимо отметить, что сопоставление изотермы РВЭ ф(я) двухкомпо-нентной системы с видом ее диаграммы состояния носит в известной мере условный характер, так как РВЭ весьма чувствительна к состоянию поверхности, а элементный состав поверхностно-
го слоя, как правило, может значительно отличаться от состава в объеме [8].
ВЫВОДЫ
Таким образом, впервые детально изучены температурные и концентрационные зависимости РВЭ 16 сплавов системы Na-Rb в области составов от чистого рубидия до сплава с содержанием 36.95 ат. % Na. Из полученных данных следует, что на концентрационной зависимости РВЭ системы Na-Rb отсутствуют какие-либо особенности, и наличие эвтектической точки на фазовой диаграмме системы Na-Rb не находит отражения на изотерме работы выхода электрона этой системы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бродский A.M., Гуревич Ю.А. Теория электронной эмиссии из металлов. М.: Наука, 1966.
2. Алчагиров Б.Б., Лазарев В.Б., Хоконов Х.Б. // Обзоры по теплофизическим свойствам веществ. М.: Изд. ИВТАН, 1989. № 5. (79). С. 76.
3. Савицкий Е.М., Буров В.И., Пирогова С В., Лит-вак Л.Н. Электрические и эмиссионные свойства сплавов. М.: Наука, 1978.
4. Ибрагимов Х.И., Корольков В.А. Работа выхода электрона в физико-химических исследованиях расплавов и твердых фаз на металлической основе. М.: Металлургия, 1995.
5. Malov Iu., Shebzukhov MD, Lazarev V.B. // Surface Sci. 1974. V. 44. P. 21.
6. Алчагиров Б.Б. // Жури. физ. химии. 1992. Т. 66. C. 1135.
7. Алчагиров Б.Б., Калажоков Х.Х., Хоконов Х.Б. // Изв. АН СССР. Сер. физич. 1991. Т. 55. С. 2463.
8. Bogdanow H., Wojciechowski K.F. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1996. V. 29. P. 1310.
9. Калашников Е В. // Расплавы. 1990. № 3. С. 40.
10. Bhatia A.B., March N. // J. Phys. 1975. V. 5. P. 1100.
11. Neale F.E., Cusack N.E. // Phys. Chem. Liq. 1984. № 2. P. 115.
12. Малое Ю.И., Лазарев В.Б., Шебзухов М.Д. // Поверхностные явления в полупроводниках. Науч. труды Моск. ин-та стали и сплавов. М.: Металлургия, 1976. № 89. С. 15-23.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.