Журнал о Медицине
rss новости rss статьи rss все архив
Словарь научных терминов

Электроперенос

ЭЛЕКТРОПЕРЕНОС (злектродиффузия), передвижение компонентов металлич. расплавов (напр., компонентов жидких сплавов Na-K, Hg-Cd, Ga-Bi) при пропускании постоянного электрич. тока. Наблюдается также в твердых в-вах, только в этих случаях Э. происходит значительно медленнее. Известен Э. изотопов в металлах (эффект Хеффнера, открыт в 1953); обычно легкий изотоп мигрирует к аноду. До сих пор Э. мало изучен.
Э. фактически проявляется только в движении примесей, если концентрация их невелика. Характеризуется Э. электрич. подвижностью иi ионов i-го компонента, равной скорости упорядоченного движения при напряженности поля 1 В/см, и зависит от эффективного зарядаhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/5/9/3/18593.jpeg Эти величины связаны ур-нием Эйнштейна:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/5/9/4/18594.jpeg

где D0 - коэф. молекулярной диффузии, е - элементарный электрич. заряд, k - постоянная Больцмана, Т - абс. т-ра.
При достаточно длит. пропускании тока Э. уравновешивается обратной диффузией и конвекцией и достигается стационарное (неизменное во времени) распределение концентраций с i-го компонента в образце, определяемое соотношением:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/5/9/5/18595.jpeg

где c1 и с2 - концентрация i-го компонента в точках 1 и 2,http://www.pora.ru/image/encyclopedia/5/9/6/18596.jpeg - разность электрич. потенциалов между точками 1 и 2, Dэф - эффективный коэф. диффузии. При высоких значенияхhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/5/9/7/18597.jpeg степень разделения компонентов при Э. весьма велика (составляет 105 и более). Порядок величин иi ионов в жидких металлах и в р-рах электролитов близок и составляет 10-3-10-4 см2/В х с).
Одним из факторов, определяющих Э., является электронный ветер - увлечение ионов и атомов компонентов потоком электронов проводимости. Для разб. бинарного р-ра справедливо ур-ние:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/5/9/8/18598.jpeg

где z1 и z2 - истинные заряды ионов основного компонента и примеси,http://www.pora.ru/image/encyclopedia/5/9/9/18599.jpeg иhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/6/0/0/18600.jpeg - сечения рассеяния ими электронов,http://www.pora.ru/image/encyclopedia/6/0/1/18601.jpeg эффективный заряд примеси. Действующая на ион результирующая сила F2равна разности электростатич. силы и силы электронного ветра:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/6/0/2/18602.jpeg

гдеhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/6/0/3/18603.jpeg - эффективный заряд, обусловленный электронным ветром, Е - напряженность электрич. поля. Еслиhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/6/0/4/18604.jpeg , что наблюдается, напр., для большинства примесей в жидких щелочных металлах и в Ga, вкладhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/6/0/5/18605.jpeg намного превышает вклад собственного заряда примесного иона. В таких случаях Э. под действием электронного ветра значительно эффективнее, чем под действием электростатич. силы, но осуществляется не к катоду, а к аноду. Так, для Bi в Ga при 200 °Сhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/6/0/6/18606.jpeg= -5,5, а в щелочных металлах егоhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/6/0/7/18607.jpeg может достигать -80 единиц заряда электрона.
В общем случае эффективные заряды компонентов зависят от состава расплава и т-ры. При изменении концентраций компонентов бинарного расплава иногда наблюдается инверсия Э. Так, в сплаве Na-K при содержании Na более 48% по массе Na движется к аноду, К - к катоду. При меньшем содержании Na направления движения компонентов меняются. Т-ра обычно слабо влияет на эффективные заряды.
Известен также дырочный ветер - увлечение ионов и атомов дырками (вакансиями в зоне электронов проводимости).
В твердых металлах, в отличие от жидких, Э. в осн. подвергаются ионы и атомы в активир. состоянии. Известен также Э. (самоперенос) в твердых чистых металлах - направленное движение ионов при пропускании через металл постоянного тока.
Э. используют в полупром. масштабах для глубокой очистки металлов (Ga, In, РЗЭ) в жидкой фазе. Для РЗЭ Э. в твердом состоянии - осн. метод очистки, т. к. РЗЭ реагируют . со всеми газами, кроме благородных, и здесь недоступны традиц. методы очистки, особенно от примесей кислорода, азота и углерода. Э. применяют для выращивания монокристаллов и эпитаксиальных слоев полупроводниковых соед., напр. GaAs (электроэпитаксия). Э. в твердой фазе - одна из причин отказов полупроводниковых приборов и электронных устройств, работающих при высоких плотностях тока. Изучение закономерностей Э. позволяет сильно увеличить срок службы этих приборов. В области Э. можно ожидать новых открытий, особенно в случаях Э. на границе твердых и жидких фаз, при фазовых переходах. Об этом свидетельствует факт аномально высокой подвижности примесей при зонной плавке и резании металлов (эффект Бобровского).
Явление Э. открыл М. Жирардин в 1861.

Лит.: Фикс В. Б., Ионная проводимость в металлах и полупроводниках, М., 1969; Бобровский В. А., Электродиффузионный износ инструмента, М., 1970; Белащенко Д. К., Исследование расплавов методом электропереноса, М., 1974; Михайлов В.А., Богданова Д. Д., Электроперенос в жидких металлах, Новосиб., 1978; Кузьменко П. П., Электроперенос, термоперенос и диффузия в металлах, К., 1983; Фикс В. Б., "Природа", 1986, № 6, с. 88-97; Fort D., "J. less-common metals", 1987, v. 134, p. 45-65.

С. И. Дракин, В. А. Михайлов.


Здоровье и профилактика Акушерство и гинекология Стоматология Красота Зрение Энциклопеди Адреса Реклама
Видео