مسیرهای نفوذ پذیری سریع

23

Upload: herb

Post on 19-Jan-2016

67 views

Category:

Documents


1 download

DESCRIPTION

مسیرهای نفوذ پذیری سریع. در مطالب گذشته تنها نواقصی که به نفوذ کمک می کردند جاهای خالی و فضاهای بین نشین بودند ، نابجائیها سطوح آزاد و مرزهای دانه ها تنها برای رسیدن به غلظت تعادلی نواقص وارد بحث می شدند . - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

Page 1: مسیرهای نفوذ پذیری سریع
Page 2: مسیرهای نفوذ پذیری سریع

مسیرهای نفوذ پذیری

سریع

Page 3: مسیرهای نفوذ پذیری سریع

در مط�الب گذش�ته تنه�ا نواقص�ی ک�ه ب�ه نف�وذ کم�ک می کردن�د جاه�ای خ�الی و فض�اهای بین و س��ط�وح ��آزاد ، ��نابجائیه��ا ب�ودن��د نش��ین مرزه�ای دان�ه ه�ا تنه�ا ب�رای رس�یدن ب�ه غلظت

تعادلی �نواقص �وارد بحث می شدند .� س��وی ب��ه ه��ا اتم ح��رکت موض��وع این ، مرزدان�ه ه�ا و نابجائیه�ا ، س�طوح مش�ترک نف�وذ در ط�ول این نق�ایص را م�ورد بررس�ی

قرار می دهد .

Page 4: مسیرهای نفوذ پذیری سریع

هم�ه این نق�ایص ب�ه ی�ک س�اختار ب�از ت�ر مرب�وط می

ش�ود� و آزم�ا�یش ه�ا نش�ان می� ده�د� ک�ه فرک�انس

مت�وس�ط� پ�رش �ب�رای اتم� ه�ا�ی مت�ح�رک در ط�ول این

ن�ق�ایص ،� بزرگ�تر� از فراک�ا�نس ه�ای متو�س�ط پ�رش

اتم ه�ا �در در�ون ش�بکه� اس�ت . بن�اب�راین نف�وذ در

این نق�ایص سر�یعتر ص�ورت می گی�رد .

ک�ه در ش�رایط این بحث مش�خص خواه�د ش�د در

ای�ن نق�ایص می ا�مت�داد ن�ف�وذ در �ط�ول و ، خ�اص

نف�وذ ح�اک�م و غ�ال�ب بعن�وان �مس�یره�ای تو�ان�د

شناخته شود .

Page 5: مسیرهای نفوذ پذیری سریع

- نفوذ در امتداد مرزدانه ها و سطوح آزاد1

Page 6: مسیرهای نفوذ پذیری سریع

بعن�وان مث�ال پدی�ده ای ک�ه درب�اره آن ص�حبت در را در مرزدان�ه ه�ا نف�وذ ، نقش ک�نیم می

شکل زیر می توان دید .

Page 7: مسیرهای نفوذ پذیری سریع

در این ش�کل ض�ریب نف�وذ در خ�ود ظ�اهری در نق�ره ب�رای نمون�ه� ه�ای� ت�ک بل�ور�ی و� چن�د� بل�و�ری نش�ان �داده ش�ده اس�ت .

اس�ت ک�ه ب�ا پوش�ش Dای�ن ض�ریب� نف�وذ ظ�اه�ری ص�ر�فاZ مق�دار� دا�دن ن�ق�ره را�دیواک�تی�و روی س�ط�ح ن�مون�ه و نف�وذ آن و س�پس

ب�ر حس�ب Dتع�ی�ین اکتیویت�ه لگ�اری�تم از �رس�م ا�س�تفاده ب�ا مج�ذو�ر فاص�ل�ه نف�وذ ب�ه� دس�ت �آم�ده اس�ت . در دماه�ای ب�اال

م�ش�اب�هی بدس�ت می آی�د ، Dب�ر�ای ه�ر دو ن�و�ع نم�ون�ه مق�دار ا�ز کم�تر در� مق�دار700ول�ی درج�ه س�ا�نتی �گ�راد D ب�ا ک�ه

از بیش�تر آی�د م�ی ب�ل�وری �بدس�ت نم�ون�ه �چن�د از اس�تفاده مق�اد�یر ب�دس�ت آم�ده� ب�ا اس�تف�اده از ن�مون�ه ت�ک بل�وری اس�ت . ه�ا دان�ه مر�زه�ای ح�الت درای�ن س�ریع ن�ف�وذ مس�یرهای

600ی�ا� نقش� من�اطق مرزدان�ه ه�ا� در �کم�تر از هس�تند.س�هم�( ع�مده می ش�ود . NTMدرج�ه سانتی� گراد� )

Page 8: مسیرهای نفوذ پذیری سریع

بط�ور آزمایش�ی مش�خص ش�ده اس�ت ک�ه نف�وذ در امت�داد مرز�دان�ه ه�ا و �س�طح� آزاد� بوس�یله راب�ط�ه زی�ر ت�وص�یف� می

شود :

نفوذ پذیریهای سطح ومرزدانهDb و Dsکه عامل های فرکانس است وDbo و Dsoو Qs و Qb ان�رژی فع�ال س�ازی ب�رای نف�وذ اس�ت ک�ه

ب�ط�ور �آزمایش�ی ت�ع�یین� می ش�ود �. بط�ور �کلی در نس�بت ب�ه ن�ف�وذ �پ�ذیری Db و Dsه�ر دم�ایی� ان�د�ازه

به شکل زیر ا�ست : �DIدر�ون ش�بکه بدون نق�ص

Ds > Db > Dp > DIDs > Db > DI

Page 9: مسیرهای نفوذ پذیری سریع

این ام�ر ناش�ی از این واقعیت اس�ت ک�ه ح�رکت اتم ه�ا ب�ه ت�رتیب در

می ص�ورت� آس�انت�ر ش�بکه� درون� و آز�اد،مرزه�ای� �درونی س�طوح�

گیرد .

نف�وذ در س�طح آزاد در بس�یاری از پدی�ده ه�ای فل�ز شناس�ی نقش

مهمی� دارد ولی در ی�ک نمون�ه فل�زی ، م�ی�انگ�ین س�طح مرزدان�ه ه�ا

Zبس�یار ب�زر�گ ت�ر از م�س�اح�ت س�ط�وح آز�اد اس�ت و بط�وری ک�ه معم�وال

نف�و�ذ مر�زدا�ن�ه ای اه�م�ی�تی ب�یش�تر� �دارد �. اهمیت نف�وذ مرزدا�ن�ه ای را

م�ی ت�وان� نش�ان دا�د ک�ه B و Aب�ا� ب�رر�س�ی ی�ک� زوج� نف�وذ�ی� از� ف�ل�زات

مانند �شکل به یک�دیگر ج�وش �داده شده� است.

Page 10: مسیرهای نفوذ پذیری سریع

در امت�داد مرزدان�ه ه�ا ، نس�بت ب�ه نف�وذ اتم ه�ا فق�ط از Aنف�وذ اتم ه�ای طر�ی�ق ش�بکه �ت�ا عم�ق ب�یش�تر�ی می توا�ن�د �نف�وذ �کن�د . اف�زون ب�ر این ب�ه دل�ی�ل غل�ظ�ت انب�وه �ات�م �ه�ا�ی� ح�ل �ش�ونده �در م�ر�زد�ان�ه ه�ا� ، تع�دادی از �اتم

ها از� مرزد�انه ها به �درون شبک�ه نف�وذ �می کند .

Page 11: مسیرهای نفوذ پذیری سریع

این فراین�د را می ت�وان ب�ا رس�انایی ح�رارت درون

ش�بکه ی�ک آن درو�ن ک�ه� ک�رد� پالس�تیکی �مقایس�ه

پ�یوس�ته از ص�ف�حه ه�ای �آلومی�نیومی ج�ا داده ش�ده

اس�ت .� دم�ا در� ه�ر نقط�ه� در چ�نین نم�ون�ه ای� قاب�ل

در �زوج ش�ونده� ح�ل اتم �ه�ای غ�لظت ب�ا قی�ا�س

نف�وذی اس�ت �. نق�اط �درون ش�بکه �، نز�دی�ک �مرز�دان�ه

ه�ا� از �را�ه� مر�زدان�ه� ه�ا ک�ه �مس�ی�رهای� رس�ا�ن�ایی �س�ریع

ت�ر� اس�ت� �بس�ی�ار س�ری�ع�تر� از� �ح�ال�ت ن�ب�ودن� م�ر�زدان�ه ه�ا �

، �اتم �های� حل ش�ونده� را �دری�اف�ت می کند �.

Page 12: مسیرهای نفوذ پذیری سریع

نف�وذ س�ریع در امت�داد مرزدان�ه ه�ا ، غلظت ب�رش همچ�ون در را dxمتوس�ط در ش�کل

نف�وذ در افزایش�ی و ده�د می اف�زایش پذیری ظاهری در ماده را سبب می شود .

در این قسمت شرایطی را بررسی می کنیم که نفوذ از

راه مرزدانه دارای اهمیت بیشتری است .

Page 13: مسیرهای نفوذ پذیری سریع

برای س�ادگی مس�ئله مانن�د ش�کل ی�ک ح�الت نف�وذ در ش�رایط مان�ا م�ی �گ�یری�م �ک�ه نظ�ر در� را ا�ی م�اده ا�ز ص�فح�ه ی�ک� در� �می�ا�ن ه�ای این�ک�ه ش�یب� ب�ا �ف�رض� ا�س�ت. ب�ر� ص�فح�ه ع�م�ود مر�زه�ای�ش غلظ�تی در� ش�بکه و �در امت�داد �مرزه�ا براب�ر �اس�ت �ش��ا�ر اتم ه�ای �

بصورتJB و در امت�داد �مرزدان�ه ه�ا�ی JIح�ل ش�و�نده� درمی��ان ش�بکه � زیر بیان می شود .

به هر حال سهم نفوذ از راه مرزدانه در شارکلدرون صفحه به نسبت مساحت سطح برشهایی

بستگی خواه�د داشت ک�ه ات�م حل شونده از میان آنها می گذرد .

( ترکیب شارهای 1-2شکل) مرزدانه و شبکه در شرایط نفوذ در حالت مانا در میان قطعه ای

نازک از ماده .

Page 14: مسیرهای نفوذ پذیری سریع

باش�د ش�ار d و ان�دازه دان�ه Sاگ�ر ض�خامت واقعی مرزدان�ه کل به صورت زیر بدست می آید :

در نتیج�ه در این ح�الت ، ض�ریب نف�وذ ظ�اهری براب�ر خواه�د بود با:

راه از نف�وذ نس�بی اهمیت ک�ه ش�ود می مش�اهده مرزدان�ه و ش�بکه ب�ه نس�بت بس�تگی دارد . هنگ�امی

نف�وذ از ر�اه ش�بکه در �مقایس�ه ب�انفوذ Did << DbSک�ه �م�رزدا�ن�ه �را می� ت�وان ن�اد�ی�ده گ�رف�ت� . ب�ن�اب�راین �نف�وذ از

ر�ا�ه مرزدا�نه سهم مه�می �در شار کل خو�ا�هد �داشت .�

Page 15: مسیرهای نفوذ پذیری سریع

Zپهن�ای م�ؤثر ی�ک مرزدان�ه تقریب�اnm 0/5 اس�ت و Zت�ا1ان�دازه دان�ه ه�ا از تقریب�ا µm 1000 تغی�یر می

کن�د بن�ابرا�ین م�یز�ان ت�أثیر مر�زدا�ن�ه ب�ر اس�ا�س ان�دازه� Did �و DbSدا�ن�ه تغی�یر� خو�اه�د ک�رد� .� ان�دا�زه نس�بی

ن�س�بت �ب�ه �د�م�ا �بس�ی�ا�ر حس�اس اس�ت� . ای�ن موض�و�ع می Db و� DIب�وس�یل�ه ش�ک�ل ک�ه �نم�ای�نگر �ت�أثی�ر د�م�ا ب�ر

باشد ، مشخص شده است .

، ولی باDI < Dbاگرچه در تمام دماها ک�اه�ش دم��ا اختالف این دو بیشت�ر

می شود . این بدان دلیل است که انرژیفع�ال س�ازی برای نفوذ از راه م�رزدانه

(Qbبسیار کمتر از انرژی فعال سازی ) ( می باشد . Q1 برای نفوذ شبکه )

Page 16: مسیرهای نفوذ پذیری سریع

کلی اس�ت بط�ور ش�ده راه مش�خص از نف�وذ ک�ه

TM 0/8 – 0/75مرزدان�ه در دم�ای ه�ای زی�ر نزدی�ک ب�ه

دمای تع�ادلی �ذوب بر حسب� کلو�ین م�هم می شود .

سرعت نف�وذ اتم ه�ا در امت�داد مرزدان�ه ه�ای مختل�ف

ب�ه� س�اخت�ار �اتمی مرزدان�ه بس�تگی یکس�ا�ن نیس�ت و

دارد ک�ه در� واق�ع ب�ه آ�رایش بلو�ره�ا�ی مج�اور و متص�ل

و ض�ریب ب�ه یک�دیگر �و ص�فحه مر�زدا�ن�ه ب�س�تگی دار�د

نف�وذ ب�ا جه�ت نف�وذ درون �ص�فحه م�رزی �خ�اص تغی�یر می

کند .

Page 17: مسیرهای نفوذ پذیری سریع

نکته :

اگ�ر ق�رار اس�ت نفوذقاب�ل مالحظ�ه ای در مرزدان�ه

ه�ا وج�و�د د�اش�ته� باش�د � � بایس�تی بزرگ�ت�ر از

باشد .

ض�خامت ک�ه اس�ت آن دلی�ل ف�یزیکی نظ�ر از

مرز�دان�ه آنق�در �کم �اس�ت ک�ه� ش�ار حاص�ل� از �آن ب�ه

ا�ن�د�ا�ز�ه� ا�ی نیس�ت ک�ه� ا�ت�م �ه�ای �ح�ل �ش�وند�ه �را �وارد

ک�ن�د ت�ا� �توز�ی�ع را� �تغی�ی�ر ده�د� مگ�ر� آنک�ه � �

باشد .

Page 18: مسیرهای نفوذ پذیری سریع

تغییرات با دما : نت�ایج آزمایش�گاهی بط�ور آش�کار نش�ان می ده�د از کم�تر مرزدان�ه نف�وذ اکتیواس�یون ان�رژی ک�ه

ب�رای ه�ر D0نف�وذ ش�بکه ای اس�ت در ح�الی ک�ه دو تقریباZ یکسان است .

Page 19: مسیرهای نفوذ پذیری سریع

نفوذ در امتداد نابجائی ها

Page 20: مسیرهای نفوذ پذیری سریع

اگ�ر نف�وذ از راه مرزدان�ه را بت�وان ب�ا انتق�ال ح�رارت در

ه�ای ک�ه �از �ص�فحه� ک�رد مق�ایس�ه ا�ی م�اده م�ی�ان

پ�الس�تیک�ی س�اخته ش�ده زمین�ه ی�ک درو�ن آ�لومی�ن�یومی

ب�ا ت�وان می را ه�ا ام�ت�داد �نابج�ای�ی در نف�وذ� اس�ت �،

د�رون �ی�ک آ�لومی�ن�یومی� ه�ا�ی د�ر �س�یم ح�را�ر�ت ا�نت�ق�ال

بط�ور ه�ا ناب�ج�ای�ی� مق�ایس�ه �ک�رد �. پالس�تیکی� ز�مین�ه

واقع�ی� همان�ن�د �لول�ه ه�ا�یی �عم�ل� می� کن�د ک�ه� �ات�م ه�ا ب�ا

�درون �آ�نه�ا جا�بج�ا می� ش�ود . �س�هم Dpی�ک� ض�ریب نف�وذ

ن�س�بت ب�ه م�اده� ی�ک� ش�ا�ر �ک�ل �درو�ن د�ر نا�بج�ا�ئی �ه�ا

مس�ا�حت س�طح� مقط�ع �ه�ای لو�ل�ه و زم�ین�ه ب�س�تگی دارد .

Page 21: مسیرهای نفوذ پذیری سریع

ب�ه آس�انی می ش�کل با بک�ارگیری م�دلی س�اده مانن�د داد ک�ه نف�وذ پ�ذیری ظ�اهری در می�ان ت�وان نش�ان

بوس�یله ر�ابط�ه� �Dapp ی�ک ت�ک� بل�ور دارای ن�ابج�اییزیر به ضریب نفوذ شبکه مرتبط می شود .

g مس�احت س�طح مقط�ع لول�ه ب�ر واح�د س�طح : شبکه که مقدار

است ≈ g تقریبی آن

Page 22: مسیرهای نفوذ پذیری سریع

نکته :در دم�ای ه�ای ب�اال نف�وذ از راه ش�بکه س�ریع اس�ت و م�ق�داری� ب�س�یار �کو�چ�ک می� �ش�ود �ب�ه� گو�ن�ه �ای� �ک�ه �س�ه�م ن�ابج�ای�ی �در ش�ارک�ل� اتم ه�ا را� می �ت�وان �نادی�ده گ�رفت . ب�ه ه�ر ح�ا�ل �ا�ز آ�نج�ا �ک�ه ا�ن�رژی� فع�ا�ل �س�از�ی� ب�را�ی نف�وذ

ا�ز �راه� �ناب�جایی ک�متر �ا�ز نف�وذ� از �راه �شبکه است .

ک�اهش می یاب�د Dp بس�یار س�ریع ت�ر از DIبا ک�اهش دم�ا

ودر� دم�اه�ای پ�ا�ئین� � � ب�ه ان�د�ازه� �ای �ب�زرگ م�ی ش�ود

ک�ه نف�و�ذ پ�ذ�یری �ظ�اهر�ی �ک�ا�مالZ ب�ر اث�ر� �نف�و�ذ در� امت�داد

نابجایی ها است. Tmبط�ور کلی ث�أثیر نابج�ایی در دماه�ای نزدی�ک ب�ه زی�ر

مهم می شود . 0/5

Page 23: مسیرهای نفوذ پذیری سریع

پایانپایان