Материал: ЕК_40

……………………...

Фототермічні та фотоакустичні методика є ефективним інструментом для дослідження матеріалів різної структури та морфології [14-16]. Основною перевагою таких методів є те, що вони здебільшого неруйнівні та не потребують спеціальної підготовки досліджуваних зразків, оскільки збудження інформативного відгуку є безконтактним. Крім того, оскільки параметри фотоакустичного сигналу залежать лише від частки поглиненої енергії, такий метод ефективний при вивченні систем з розвиненою поверхневою.

Основними механізмами фотоакустичного ефекту є фототермічне та фотоакустичне перетворення. При поглинанні опромінення в матеріалі формується нерівноважний температурний розподіл, який, в свою чергу, за рахунок термопружного механізму, індукує пружні деформації матеріaлу. На сьогоднішній день існує цілий ряд експериментальних конфігурацій для реалізації фотоакустичних та фототермічних методів (газомікрофонний, п’єзоелектричний, рефлекційний, дефлекційний, тощо).

…………….

………….

………………………..

Фотоакустический метод основан на следующем принципе: в исследуемом материале под действием модулированного излучения возникают тепловые колебания, совпадающие с частотой модуляции возбуждающего пучка. Периодические изменения энергии распространяются через среду в виде звуковой волны, которая характеризуется тремя параметрами: скоростью звука в данном материале, частотой модуляции и амплитудой, которая соответствует количеству поглощенной и перешедшей в теплоту энергии. Для измерения величины результирующего акустического сигнала можно использовать микрофон или пьезоэлектрический датчик.

29.Особливості поширення тепла в низьковимірних системах. Тепловий опір інтерфейсу.

Межфазное тепловое сопротивление , также известное как термическое сопротивление пограничного или сопротивления Капицы , является мерой сопротивления интерфейса , к тепловому потоку. Это тепловое сопротивление отличается от контактного сопротивления (не следует путать с электрическим контактным сопротивлением ) , поскольку он существует даже на атомарне совершенных интерфейсов. Из - за различия в электронных и колебательных свойствах в различных материалах, когда носитель энергии (фононы или электроны, в зависимости от материала) пытается пройти через интерфейс, он будет рассеивать на границе раздела. Вероятность передачи после того, как рассеяния будет зависеть от имеющихся энергетических состояний на стороне 1 и 2 части интерфейса.

Предполагая, что константа тепловой поток подается через интерфейс, это межфазное тепловое сопротивление приведет к конечной температуре разрыва на границе раздела фаз. С расширением закона Фурье, мы можем написать

где это применяется поток, является наблюдаемым падение температуры, является тепловой границей сопротивления, и является его обратным, или тепловой граничной проводимостью.

Понимание теплового сопротивления на границе раздела между двумя материалами имеет первостепенное значение при изучении его термических свойств. Интерфейсы часто вносят значительный вклад в наблюдаемых свойств материалов. Это еще более важно для наноразмерных систем , в которых интерфейсы могут существенно влиять на свойствах по отношению к сыпучим материалам.

Низкое тепловое сопротивление на границах раздела технологически важно для применений , где очень высокое тепловыделение является необходимым. Это вызывает особую озабоченность развитием микроэлектронных полупроводниковых приборов , как это определено Международным технологии дорожной карты для полупроводников в 2004 году , где 8 нм устройство размер элемента, согласно прогнозам, генерировать до 100 000 Вт / см ² , и потребуется эффективное рассеивание тепла за ожидаемого умирают тепловой поток на уровне 1000 Вт / см ² , которая на порядок выше , чем в настоящее время устройств. С другой стороны, приложение , требующее хорошая тепловая изоляцию , такие как реактивные двигатели турбин выиграет от интерфейсов с высоким тепловым сопротивлением. Это также требует существенных интерфейсов , которые являются стабильными при очень высокой температуре. Примерами являются металлокерамические композиционные материалы, которые в настоящее время используются для этих приложений. Высокое тепловое сопротивление может быть также достигнуто с многослойными системами.

Как было указано выше, тепловое пограничное сопротивление из-за рассеяния носителей на границе раздела. Тип носителя рассеянного будет зависеть от материалов, регулирующих интерфейсы. Так, например, на металл-металл, эффекты рассеяния электронов будут доминировать тепловое сопротивление краевого, поскольку электроны являются первичные теплоносителями энергии в металлах.

Два широко используемых моделей прогнозирования являются несоответствие акустической модели (АММ) и модель диффузного рассогласования (DMM). АММ предполагает геометрический совершенный интерфейс и фононной транспорт через него полностью эластичный, рассматривая фононы как волны в континууме. С другой стороны, цифровой мультиметр предполагает рассеяние на границе раздела диффузно, который является точной для интерфейсов с характерной шероховатостью при повышенных температурах.

Молекулярная динамика (МД) моделирования являются мощным инструментом для исследования межфазного теплового сопротивления. Недавние исследования показали , MD , что твердое тело-жидкость межфазное тепловое сопротивление уменьшается на наноструктурированных твердых поверхностей путем повышения энергии твердого вещества-жидкости взаимодействия на единицу площади, а также уменьшение разницы в колебательной плотности состояний между твердой и жидкой.

30.Фізичний базис газо-мікрофонних та п’єзоелектричних фотоакустичних методів реєстрації інформативного відгуку.

П’єзоелектричний метод - реєстрація акустичного зміщення поверхні зразка п’єзоелектричним перетворювачем, що знаходиться з ним в безпосередньому контакті;

п’єзоелектричний перетворювач, що знаходиться в безпосередньому контакті зі зразком, реєструє акустичні хвилі, що виникають всередині зразка за рахунок термопружного розширення в ділянці модульованого нагріву

Газомікрофонний метод – мікрофон реєструє акустичні хвилі, що виникають при тепловому розширенні шару газу, що прилягає до зразка;

………………….

Газомікрофонний метод реєстрації звукових коливань відносять до класу непрямих методик, оскільки при його використанні джерелом звукових коливань є тонкий шар газу, що омиває приповерхневу область опромінюваного зразка. Метод перспективний для дослідження зразків "неправильної форми", гетерогенних та неоднорідних матеріалів. Ще однією позитивною рисою методу є можливість відтворення за його допомогою оптичних характеристик на різних товщинах досліджуваного зразка. Необхідною умовою для використання газомікрофонного методу реєстрації є реалізація термопружного механізму генерації звуку. Послідовність відповідних фізичних процесів при цьому така: поглинання світла виділення тепла розповсюдження теплової хвилі до поверхні зразка нагрів приповерхневого шару газу виникнення в об’ємі газу звукових коливань, що реєструються за допомогою високочутливого мікрофону.

На відміну від газомікрофонного, п’єзоелектричний метод реєстрації акустичних коливань є прямим, оскільки реєструє акустичний сигнал, що генерується в досліджуваному зразку внаслідок реалізації фотоакустичного ефекту. Реєстрація здійснюється за допомогою п’єзоелектричного датчика, що знаходиться в акустичному контакті з поверхнею зразка. Основною перевагою даної методики є те, що використання п’єзоелектричної кераміки дає можливість роботи на значно вищих частотах модуляції. Відповідно, одним з різновидів фотоакустичної спектроскопії є її імпульсний варіант, при якому збудження звуку здійснюється за допомогою потужних імпульсів лазерного випромінювання наносекундної тривалості

………………….

31.Основні рівняння теорії гомогенного зародкоутворення в однокомпонентних системах. Вирази для радіуса критичного зародка та роботи утворення критичного зародка.

Це́нтр кристаліза́ції — це зародок твердої фази у розплаві, з якого виростає кристаліт. Існує два механізми утворення центрів кристалізації: гомогенний та гетерогенний.

Гомогенне зародкоутворення відбувається у зонах:

• однорідного за агрегатним станом розплаву;

• з флуктуацією енергії, де її рівень перевищує середнє значення енергії розплаву;

• з таким близьким упорядкуванням у розташуванні атомів, яке відповідає далекому впорядкуванню кристалічного стану;

• розміром, більшим за певний критичний розмір. Зародки менших розмірів термодинамічно нестійкі, бо їх ріст зумовлює підвищення вільної енергії, і тому вони розсмоктуються в розплаві.

Гетерогенне зародкоутворення відбувається в неоднорідному розплаві на готових підкладках, якими є тверді нерозчинені в розплаві частинки, стінки виливниць, ливарних форм, за умови, що поверхнева енергія границі між підкладкою і новоутвореною твердою фазою менша за поверхневу енергію границі між зародком і рідкою фазою.

Гомогенною ( однорідною ) називається система, що має однаковий хімічний склад та фізико-хімічні властивості по всьому об¢єму системи.

32.Основні характеристики процесу кристалізації в однокомпонентних системах: частота зародкоутворення, лінійна швидкість росту кристалів, частка кристалічної фази.

33.Кінетика нестаціонарного зародкоутворення. Час затримки при зародкоутворенні.

34.Основні рівняння теорії гетерогенної кристалізації бінарних сплавів: радіус та робота утворення критичного зародка в бінарній системі при гетерогенному зародкоутворенні.

------папка

35.Термодинамічний критерій “легкої” аморфізації для бінарних сплавів. Аналіз особливостей процесу кристалізації для модельних бінарних сплавів з різним типом діаграм стану.

------папка

36.Структура та властивості аморфних сплавів. Методи отримання сплавів в аморфному стані. Методи дослідження структури та властивостей аморфних сплавів.

------папка

37.Температурна та часова стабільність аморфних сплавів. Вплив дифузійних процесів на процеси фазоутворення в аморфних сплавах.

------папка

38.Структурна релаксація в аморфних сплавах. Старіння аморфних сплавів.

------папка

39.Основні положення термодинамічної теорії високотемпературної стабільності аморфних сплавів.

40.Модель вморожених центрів кристалізації; умова розчинення вморожених центрів кристалізації в аморфній матриці. Висхідна дифузія в аморфних сплавах.