Витражные изделия в технике "Тиффани" являются прекрасным украшением квартиры. Можно ли их сделать самому? Да, конечно! узнать подробности >>
Камин - украшение загородного дома, печь-каменка - основа русской бани. Можно ли их построить самому? Что для этого нужно? Читаем! узнать подробности >>
Хотите превратить свой дачный участок в неповторимый уголок отдыха? Тогда воспользуйтесь нашими советами! узнать подробности >>
Если вам знакомо такое понятие, как стяжка, то вы наверняка разбираетесь и в том, что такое сухая бетонная смесь, ибо эти два понятия традиционно идут в одной строительной упряжке. Не будем замалчивать о недостатках... прочитать полностью >>
Неправильно рассчитанная нами стратегия поиска радиатора отопления может привести только к одному: разочарованию. Радиатор в итоге будет выбран далеко не тот, что нам требуется, и он не преминет доказать нам не раз на практике то, что мы – довольно никчемные теоретики. прочитать полностью >>
Малярные кисти могут быть различной формы, имеют разный тип щетины и изготовлены из разнообразного материала. Различия кистей по форме и остальным параметрам далеко не случайны. Каждый тип кистей предназначается для проведения определенного типа малярных работ... прочитать полностью >>
Каждый вид обоев, по сути, приверженец и защитник своего особого стиля. Кожаные обои – сторонник стилистики, которую иначе, как настенный престиж и шик, не назовешь. Недаром у истоков «моделирования» кожаных обоев стоят не кто иные, как всем известные, пусть даже понаслышке, несгибаемые крестоносцы. прочитать полностью >>
Облицовка кафельной плиткой – самый практичный и удобный способ оформления интерьера ванных комнат, а также рабочих поверхностей кухонь. Современный дизайн кафельной плитки позволяет выбрать свой стиль: классический или кантри, хай-тек или под старину... прочитать полностью >>
Лаки всякие нужны, лаки всякие важны. Но основное правило выбора лака забывать не следует: сначала тщательно знакомимся с характеристиками данного лака, а затем уже приступаем непосредственно к лакированию... прочитать полностью >>
Керамическая плитка не просто модный декоративный материал - это долговечность красоты в сочетании с гигиеничностью многих помещений, например, кухни, прихожей, коридора, ванной комнаты, холла... прочитать полностью >>
Процессы окисления и адгезии на поверхности металла
Физические процессы, происходящие на металлических поверхностях и в контактах, весьма сложны и многообразны. Воспользуемся простейшими теоретическими схемами для описания наиболее характерных поверхностных явлений.
Всякий металл построен из зерен (кристаллитов), каждое из которых составлено из кристаллических блокой (блок — это большая группа одинаково ориентированных элементарных кристаллов). Связь всех элементарных частиц кристалла друг с другом по природе своей чисто электрическая, так как пространство между атомами заполнено непрерывно движущимися свободными электронами, не принадлежащими какому-либо атому или, как часто говорят, заполнено электронным газом.
Физические свойства металла (теплопроводность и электропроводность) частично определяются именно движением электронного газа. Термин «электронный газ» — в большинстве случаев понятие условное.
Самым существенным отличием электронной массы от газовой является то, что даже при температуре абсолютного нуля электроны обладают различной по величине кинетической энергией, в то время как газовые молекулы при абсолютном нуле теряют всякую подвижность, т. е. теряют весь запас кинетической энергии. При этом не все электроны обладают одной и той же энергией. Даже при абсолютном нуле их энергия меняется от весьма малой (для небольшого количества электронов) до значительной (для большинства электронов).
Каждый металл обладает различным количеством электронов, которым свойственна различная по величине наибольшая кинетическая энергия.
Эта наибольшая энергия носит название предельной, граничной или энергии Ферми.
Принято говорить, что электроны поверхностного слоя металла весьма слабо связаны с этим слоем. Это следует понимать так. В поверхностном слое находятся электроны, обладающие некоторым избытком энергии, превышающим даже уровень Ферми. За счет избытка этой энергии, которую называют работой выхода, электроны получают способность вырываться за пределы поверхности металла.
Допустим, что какой-то металл мы поместили в вакуум. Какова бы ни была температура этого металла, над его поверхностью мгновенно создается облако из наиболее энергичных электронов. Если, однако, часть электронов, т. е. отрицательных зарядов, покинула металл и создала над его поверхностью отрицательно заряженное облако, то сам металл, потеряв этот отрицательный заряд, в поверхностном слое получил тем самым избыток положительных зарядов. В результате получается, что на границе металл—вакуум образуется двойной электрический слой (минус —электронное облако и плюс —поверхность металла).
Для каждой температуры существование такого двойного электрического слоя совершенно обязательно. Этот слой является как бы некоторой защитной оболочкой, поскольку при каждой температуре в пространстве образуется только вполне определенный отрицательный заряд, так как только определенное количество электронов покидает металл. Разумеется, эта картина существует тогда, когда в пространстве вокруг наблюдаемого металла нет ни электрических, ни магнитных полей.
Рассмотрим теперь, что происходит на границе металла с воздухом. Допустим, что на одно мгновение в каком-то участке поверхности удалось обнажить чистый металл. В воздухе содержатся молекулы кислорода, каждая из которых двухатомная. Эти кислородные молекулы очень легко захватывают каждая по одному электрону, становясь однозарядными отрицательными ионами кислорода.
В таком состоянии кислородная молекула химически весьма активна. Поэтому если в первые моменты времени на границе металла с воздухом создается двойной электрический слой (отрицательные молекулы кислорода и положительный слой поверхности металла), то вслед за этим начинают создаваться химические связи кислорода с металлом, т. е. образуются молекулы окислов.
Молекулы окислов покрывают металл так, что на внешней поверхности оксидной пленки удерживается положительный заряд, а на внутренней — отрицательный. Другими словами, и в этом случае на границе металла с воздухом создается двойной электрический слой. Формирование такого слоя характерно для любой границы одного вещества с другим. Даже контакт двух металлов друг с другом, если значение работы выхода для каждого металла различно, создает по границе двойной электрический слой.
Наиболее интересны поверхностные явления в контактах металл — полупроводник. Это практически относится не только к полупроводниковым выпрямителям, но и, например, к контакту кристаллита с межкристаллитной прослойкой металлов с окислами. Для выяснения сущности процессов, происходящих в контакте полупроводник — металл, необходимо предварительно рассмотреть хотя бы самую упрощенную модель электрического строения полупроводника, что позволит представить простейшую схему механизма так называемой дырочной проводимости.
Представим себе, что в некоторый объем абсолютно чистого германия введено искусственно некоторое количество атомов мышьяка. Германий четырехвалентен, следовательно, каждый его атом имеет по четыре электрона на наружной оболочке. Мышьяк же имеет пять электронов, поскольку он пятивалентен. Таким образом, в смеси германия и мышьяка оказывается некоторое количество лишних (пятых) электронов, которые при определенной разности потенциалов и создадут электрический ток, или, как говорят, образуют в полупроводнике электронную проводимость, т. е. проводимость типа n (negative — отрицательный).
Совсем другая картина получится, если к четырехвалентному германию будет примешано некоторое количество, например, трехвалентного индия. В такой смеси атомов при любом движении электронов всегда будет существовать пустое место, «вакансия», или, как принято говорить, «дырка», в которую может попасть какой-нибудь соседний электрон, освободив при этом новую «вакансию» (новую «дырку»).
Очевидно, что в случае направленного движения электронов в одну сторону освобождающиеся «вакантные места» (дырки) будут как бы перемещаться в противоположную сторону. Картина становится похожей на то, как если бы эти «дырки» являлись материальными частицами, имеющими в отличие от электрона положительный заряд. Проводимость, для которой типичны некоторый недостаток электронов и, следовательно, наличие свободных мест (дырок) в связях между атомами, называют дырочной или проводимостью типа р (positive — положительный).
Представим теперь, что осуществлен контакт между металлом с электронной проводимостью (типа n) и полупроводником с дырочной проводимостью (типа р). Изобразим на схеме металл с избытком отрицательных зарядов и полупроводник с избытком зарядов положительных соответственно в виде кубиков, помеченных минусами и плюсами.
Как только эти кубики прикоснутся друг к другу, из каждого кубика в смежный переместится некоторое количество зарядов и тем самым на границе создастся двойной электрический слой, который будет препятствовать дальнейшей диффузии зарядов в обе стороны. Этот двойной электрический слой называют поэтому двойным запорным слоем.
Присоединим теперь к металлу с электронной проводимостью минус от батареи, а к полупроводнику с дырочной роводимостью — плюс от той же батареи. При такой полярности электроны и «дырки» начинают двигаться через контакт, каждый к противоположному полюсу, т. е. в своем направлении. Через контакт беспрепятственно проходит электрический ток.
Если же присоединить к металлу плюс, а к полупроводнику минус от батареи, то ширина двойного запорного слоя становится больше, чем это было в контакте без подключения его к источнику тока. Таким образом, на контактирующих поверхностях металла и полупроводника создается особая электрическая структура вещества, позволяющая выпрямлять переменный ток. Это происходит потому, что ток проходит только в прямом направлении, т. е. в те моменты времени, когда на контакте с электронной проводимостью оказывается знак минус.
Описанная картина прохождения тока через контакт металла и полупроводника имеет практическое значение не только в установках для выпрямления сварочного тока. Как будет показано далее, в отдельных микроконтактах большого свариваемого контакта приходят в плотное соприкосновение друг с другом отдельные зерна чистого металла с оксидными пленками, которые почти во всех случаях являются по своей природе полупроводниками.
Отсюда следует, что никакую оксидную пленку или даже межкристаллитную прослойку нельзя рассматривать только как изолирующую преграду (толстая пленка) или проводящую прослойку (тонкая пленка).
Образование двойного электрического слоя на поверхности металла происходит и в целом ряде других случаев. Существует, например, такое явление, как адгезия (прилипание). Сущность этого явления сводится к тому, что металлическая (или любая другая) поверхность, будучи покрыта каким-нибудь органическим веществом (например, краской или клеем), тоже образует на границе прилипания двойной электрический слой, который и создает прочную связь двух разнородных веществ.
К явлению адгезии (прилипания) относится и образование на поверхности металла жировых пленок. Например, прикосновение рук к свежеочищенной металлической поверхности создает слой жира на металле толщиной не менее одной молекулы. Если руками держать образец даже за боковые или тыльные поверхности, жировые молекулы все равно попадают на обработанную поверхность.
Для контактной сварки на свариваемых поверхностях имеют значение жировые пленки только большой толщины (доли миллиметра). По этой причине обезжиривают не только листы алюминиевых сплавов, но и стальные детали.
Тонкие слои (в 1—2 молекулы) для контактной сварки не имеют никакого значения. Однако для холодной сварки и одномолекулярный слой жира оказывается недопустимым. Даже хорошо зачищенные поверхности, но захватанные после зачистки руками, не свариваются.
Популярные статьи
Выбор умывальника для квартиры
Один из важных элементов интерьера ванной комнаты является умывальник. Выбирая его, следует обращать внимание не только на цвет, форму и общую эстетическую привлекательность, но и на практические характеристики, касающиеся монтажа, удобства в пользовании, и доступности в обслуживании. Остановимся на практических характеристиках... прочитать полностью >>
Выбираем деревоалюминиевые окна
Дерево - великолепный материал для окон, но дереву необходима защита, ведь само себя оно защитить не сможет, - в отличие от алюминия. Напротив, алюминий не способен аккумулировать жизненно важное тепло «охраняемой» им территории, почему и хорош лишь с точки зрения банальной лоджии или зимнего сада. прочитать полностью >>
Стеклоблоки - элитный материал
Декоративный стеклоблок внешне нередко мало отличим от самого хрусталя, и вы вряд ли ошибетесь, избрав столь художественно продуманный стройматериал дизайнерски просчитанной деталью внутреннего интерьера. Появились целые коллекции художественно окрашенного стеклоблока, и не только однотонные... прочитать полностью >>
Потолок - украшение дома
Недостатки потолка практически невозможно скрыть, ведь там нет мебели и ковров. Существует огромное количество видов отделки потолка, которые способны удовлетворить не только требования наиболее щепетильного клиента, но и внести определенную изюминку в интерьер Вашей квартиры... прочитать полностью >>
В настоящее время в качестве альтернативы стандартным окнам строительные компании предлагают так называемые евроокна. Деревянные евроокна намного лучше стандартных по своим качествам и отличаются от пластиковых окон определенными особенностями. прочитать полностью >>
У краски несколько характеристик. Недостаточно определить только цвет – за ним по цепочке следует глянцево-матовая вариация и возможный блеск краски. Разные пигменты способны по-разному воздействовать на краску... прочитать полностью >>
Эта мастика настолько удачно работает над такими проблемными местами, как оконные проемы с наслоившейся на них монтажной пеной, что ранее популярный силикон уже давно уступил полиуретановой мастике первое место в рейтинге герметиков. прочитать полностью >>
Подвесной потолок – это система, состоящая из металлического каркаса, который прикреплен к перекрытию, а к нему крепятся уже готовые модульные элементы, создающие плоскость потолка. Приведем ряд преимуществ данной потолочной конструкции. прочитать полностью >>
Одним из самых популярных среди мастеров инструментов является электролобзик. Ценится он за свою универсальность и простоту в эксплуатации. Электролобзик предназначается для выполнения фигурной, продольной и поперечной резки разного материала. прочитать полностью >>
Во времена постоянного отключения горячей воды именно водонагреватель стал самым востребованным и незаменимым бытовым прибором. Сегодня производители выпускают множество моделей водонагревателей... прочитать полностью >>
Как правильно выполнить монтаж электропроводки? Как подключить кондиционер? Какие выбрать провода? Узнайте об этом! узнать подробности >>
Хотите сделать перепланировку квартиры? Не знаете, какие документы для этого нужны и где их оформить? Мы расскажем Вам об этом! узнать подробности >>
У Вас есть дача или загородный дом? Или Вы еще выбираете, какой дом лучше? Тогда несколько полезных советов для Вас! узнать подробности >>
