openfablab

Да я как-то не очень понял, в какой литературе это искать. Посмотрел и про кинетику, и про лазеры и про спектры. В итоге понял: зря я рассматривал энергию электронов и колебаний отдельно, они составляют единое целое - тогда все становится на свои места.

Спасибо, вот уже становится понятнее. Получается, по-видимому, так: 1) Как бы ни было сильно взаимодействие между встречающимися издалека атомами, даже будь то ионы противоположных знаков, сами по себе (в отсутствие иных частиц) они не могут объединиться. Они, проходя различные этапы образования связи, разгонятся навстречу, "стукнутся" полями внутренних оболочек или ядер, будут отпружинены обратно и разлетятся с той же кинетической энергией, с которой сближались. Таким образом, энергия, выделяющаяся при соединении атомов в молекулу всегда (хоть немного) больше энергии самого высокого электронного уровня в этой новой молекуле, при котором она бы еще могла удержаться как целое. 2) В момент максимального сближения ядер, сильно искажается (?) структура энергетических уровней и электроны "выбрасываются" на высокий (псевдо?) энергетичекий уровень, больший чем мог бы быть в цельной молекуле, но меньший чем тот, что нужен для ионизации атома. Если атомы еще разогнаны навстречу, электроны, ушедшие за энергию ионизации, могут и отвалиться. 3) Это промежуточное состояние имеет большую энергию и колебательную природу, но я читал, что колебательные уровни энергии в молекулах имеют меньшую энергию, чем электронные. Тут некое противоречие. Или колебательные уровни могут иметь и большую энергию, просто они расположены чаще, так что малы не сами энергии, а разности между ними? 4) Переход во вновь образовавшейся молекуле колебательной энергии в электронную может происходить путем передачи кинетической энергии электронам. Значит, у электронов с ростом n растет не только потенциальная, но и кинетическая энергия. Требуют ли этот и обратный процессы точного равенства разностей между колебательными и электронными уровнями? (или "помощи друга" - третьей частицы в отводе избытка энергии). А может, некорректно думать об этих уровнях отдельно, а есть просто разные целостные электронно-колебательные энергетические состояния. 5) Если есть какой-то "энергоотвод" - третья частица, растворитель, поверхность и пр. - то часть энергии отдается ему. Можно предположить, что энергия стремится распределиться между объектами так чтобы их кинетические энергии ("температуры") выровнялись, и поэтому тяжелые и сложные, со многими степенями свободы, "энергоотводящие" частицы могут забрать на себя львиную долю энергии. И при рекомбинации сложных частиц таких проблем не возникает. А в реакции H+H+H2=2H2 "старой" молекуле водорода может передаться до половины энергии. Еще, видимо, взаимодействие при котором передается энергия ограничено по времени, да и геометрически соприкоснуться могут три частицы по разному, потому реальная отдача энергии третьей частице обычно может и не успевать доходить до выравнивания "температур". Эти явления известным образом сказываются на зависимостях скоростей газофазных реакций от давления и температуры. 6) В разреженной среде, где вероятность трехчастичного столкновения очень мала, рекомбинация невозможна даже при криогенных температурах. Поэтому в космосе так много плазмы, ионов и радикалов. Хотя... кажется, там мала и вероятность двухчастичного столкновения . 7) Казалось бы, это значит, что при низком давлении может сколь угодно существовать без рекомбинации плазма. Но на практике она светится и пропадает. Например, в газоразрядных лампах. Происходит ли при этом трехчастичный процесс (т.е. давление не настолько уж низкое), а потом уже излучательный переход, или происходит рекомбинация ион+электрон или радикал+радикал сразу с излучением избытка энергии в виде фотона? Возможны ли химические реакции простых молекул, где вместо третьей частицы избыток энергии сразу же уносит фотон? 8) Изолированная простая молекула в возбужденном состоянии излучает фотон "сразу же" или через некоторое время после появления, или же только при взаимодействии с третьей частицей? Или может спокойно пребывать вечно в этом состоянии? Эти вопросы возникли у меня при попытке написать программку для моделирования простых реакций в Panda3D. Нарисовал два шарика и задал им ньютоновские законы и потенциальную кривую с минимумом энергии на некотором расстоянии. Каково было мое удивление, когда оказалось, что они с некоторого расстояния не могут рекомбинировать в молекулу - именно разлетаются от избытка энергии. Тогда я решил, что что-то не так смоделировал, поставил их вручную на расстоянии, не далеком от минимума энергии - и молекула образовалась. А получается, все так и должно было быть - закон сохранения энергии не проведешь.

Добрый вечер! Стало интересно, как именно выделяется энергия в химических реакциях, но не смог нигде найти ответа. Вот, например, самые простые реакции: рекомбинация атомов водорода, или горение его в кислороде. Как именно происходит в них выделение энергии? Допустим, сблизились два атома водорода. Возникло известное притяжение между электронами и ядрами... и атомы составили молекулу. Выделилась энергия. Но куда? В возбужденное состояние электронов этой молекулы? В фотон? В колебания? Никак не могу себе этого вообразить.

Итак, у нас есть три доступных способа создания и усугубления "домашнего" вакуума. 1) Форвакуумный 2) Диффузионный 3) Геттерный Нужен ли геттерный если есть диффузионный? Есть ли еще какие типы насосов, которые можно обрести самодельно или недорого? Материалы камеры: оргстекло, Ст3, AISI304, вакуумная резина, медь, керамика. Что из этого газит и как? Допустимы ли оцинкованные гайки и шпильки в камере? Чем бы таким протирать все детали от микрогрязи перед помещением в вакуум? Изопропанолом? Почему? Измерение вакуума. Этому вопросу посвящено много споров на чипмейкере. Мне не нравится идея купить советский датчик и к нему городить электронный модуль. Если городить модуль - то можно сделать и сам датчик. итак, у нас есть возможности: 1) Мембранные датчики-манометры с цифровым или аналоговым выходом - можно считать это не вакуум - единицы Па. 2) Определение остаточного давления "по виду искры" - широкий диапазон, но - в прямом смысле - на глаз. 3) По теплопроводности газа Хорошо бы найти способ, напрямую измеряющий длину свободного пробега частицы (скажем, электрона) в газе. Тогда будет удобнее. Например, сделать некое подобие электронно-лучевой трубки и смотреть, насколько далеко, при каком напряжении и насколько дефокусированным попадает луч. Еще сложилось ощущение что хорошо бы перед началом работы - во время откачки - всю камеру посильнее прогреть (чтоб всё улетело) - а потом как следует охладить (чтоб все что не улетело - примерзло) - вплоть до окунания в жидкий азот - и там и работать. Практически это, конечно, малореально (особенно с оргстеклом ), но в идеале - так?

И точно. Остаются до насоса только "сухие" методы очистки. Да ведь и пробулькивание - не панацея. Наверняка не все 100% поглощается.

Хм. А как же тогда масло диффузионного насоса не мешает вакууму? Это хорошо бы. Только азот я не уверен что добуду ((. Можно ли азотную ловушку чем-нибудь заменить?

Верно. Такие опыты можно делать совсем в маленьком объеме, и не обязательно в вакууме. Раз нам нужно защищать насос (а, защищать, наверное, не только от хлора нужно), и вода появляется перед насосом, то нужно некое промежуточное звено чтобы водяные пары не шли обратно в камеру. Может быть, перед водой пробулькивать через вакуумное масло?

Да, необходимо будет предусмотреть кран. Теперь выходная часть более-менее ясна. Осталось продумать входную: генерация и дозирование летучих соединений. Твердое и жидкое, как я понимаю, можно испарять нагревом неподалеку от подложки - и температурой (а может, и шириной отверстия в нагреваемом сосуде) контролировать подачу. А газы - в первую очередь, силан - вырабатывать и очищать где-то неподалеку, приняв меры против воды. Интересно, что будет, если испарять в камере какой-нибудь, скажем, хлорид железа, а подложку, наоборот, охлаждать. Вырастут ли кристаллы или ровная пленка?

Отличная идея. А разве промывалки лучше не после насоса поставить - ведь иначе пары воды в камеру забегут?

Он чересчур велик. А главное - невоспроизводим. А для меня в этом проекте едва ли не самое главное - воспроизводимость в "домашне-гаражных" условиях, чтобы другие, кто заинтересуется опытами, могли повторить без особых заморочек. А может, пустить выход вакуумного насоса в вытяжку через какой-нибудь "дожигатель" чтобы ничего токсичного не могло выйти? Ведь захочется потом и карбонилы и органику всякую позапускать.

А что же это получается, для выращивания пленок нужны целые баллоны этих соединений? Или можно обойтись чем-то в стиле аппарата Киппа "сколько расходуется, столько и вырабатывается"? PS Я хочу экспериментировать в частном доме, тут главное чтобы самого не "напрягло"

Ну хотя бы есть шанс, что они сгорят в атмосфере А вообще, может иметь смысл правильно наладить процесс, так чтобы было не опасно при любом раскладе.

Стало быть, наши реагенты в первую очередь: летучие гидриды (силан, аммиак, метан) и галогениды.

Спасибо, сразу стали видны направления. А насколько сложнее выращивать двухкомпонентные полупроводники?

Вот и я думаю, вряд ли проломит. Собственно, можно было бы подать вакуум, нагреть строительным феном - оно бы втянулось, должно быть, почти сферично. А когда остынет - перевернуть выпуклостью наружу. Но я не хочу без надобности тратить плоские пластинки оргстекла - наверняка будет большой расход их для того чтобы делать вводы различных приборов в вакуум. Это точно. Но и PVD не в каждом гараже встречается А, собственно, в чем Вы видите основную трудность? Я бы хотел в этой установке попробовать и то и то. Для нагрева подложки хочу приспособить индукционную печь - ей и так самое место в вакууме. Интересно, на чем бы таком простом и неядовитом попробовать CVD?

0) А может даже просто дать нагретому стеклу немного провиснуть. Но, увы, никакой стеклодувной технологии в моем распоряжении нет. 1) Надо отметить, что отверстия и так не слишком большие: диаметром 108 мм. Решетка, действительно может быть полезной. Еще один возможный ход: выточить в металлическом диске отверстие совсем небольшого диаметра и вклеить стекло (или кусочки стекла) - впрочем, это не ничем лучше решетки.

Вы правы. Однако, я не знаю как сделать выпуклое стекло. Поэтому решил просто обойтись толстым плоским. Для начала хочу использовать диски-заглушки из 6 мм органического стекла и 4 мм стали. Если будут с этим проблемы, то можно будет нарезать на гиброабразиве из обычного или даже кварцевого стекла окошки нужной толщины.

Да, хорошая идея, стоит так и попробовать. В течение полутора лет у меня не было времени продолжать опыты. Планирую возобновить их с новой установкой. Транзистор и диод хочу непременно попробовать сделать: в Интернете есть очень воодушевляющие материалы на эту тему http://www.sparkbangbuzz.com/ - автор делает полупроводниковые устройства без помощи напыления (а с PVD+CVD должно получиться совсем хорошо) и видео по запросу home chip lab - там американские хоббисты делают рабочие полевые транзисторы "в гараже". Вот новая модульная вакуумная установочка. Часть деталей уже готова:

Тут идет бомбардировка мишени ионами азота. Наверное, они бессильны против оксида алюминия (а может и не совсем - какая-то муть все же оседала на образце). Можно попробовать зачистить алюминий в вакууме. Строю новую модель установки с большими возможностями для управления происходящим в ней. В частности, создавать больший вакуум (диффузиоником) и напускать те или иные газы. При большем напряжении по идее должно получиться легирование - забивание ионов вглубь материала мишени - но и это тоже интересно.

Ну вот, :( а такой многообещающий был компонент: http://web.mit.edu/mbuehler/www/papers/EPL_2011.pdf

Для растворимости можно надобавлять соответствующих (потом легко удаляемых) групп. Этот прием активно используют при синтезе проводящих полимеров для органических солнечных батарей. Из литературы мне понравилась книга Э.Клар "Полициклические углеводороды", хотя и старинная - наверное с тех пор прогресс ушел вперед. Такую же бы найти про полиэдраны и можно уже как-то мыслить на эту тему. А есть ли какие-то реакции наращивания молекул, которые особенно уверенно получаются даже у низкоквалифицированных синтетиков? Особенно такие, где идет присоединение сразу по нескольким связям - двум или трем. Так как механическая жесткость - главное, что требуется от молекул в этом проекте.

Спасибо, попробую найти элементарное звено на более приближенной к реальности молекуле (это была в какой-то мере условная схема). Получается, дешевле и быстрее заказывать синтезы в какой-нибудь зарубежной специализированной компании?

Да, пожалуй, получился не совсем олигомер - олигомеры это полициклические фрагменты. Боюсь, если их поместить в скобки, станет слишком запутанно. Но если необходимо, то, конечно, можно. А может, я вовсе неправильно выразился. Я имел в виду под олигомерами и со-олигомеры - по аналогии с сополимерами - то есть соединения, состоящие из какого-то небольшого числа звеньев, не обязательно повторяющихся. Может, лучше их как-то по другому назвать. Это соединение я привел как пример, чтобы серьезные химики сказали, возможно ли такое вообще при сегодняшнем уровне химии (в России). Но и не факт что там сможем

Вот примерный порядок сложности соединений, которые понадобятся. Так как это "инженерные" молекулы, то важны в первую очередь механические и электрические свойства. Поэтому без ущерба для жесткости или проводимости можно довольно свободно варьировать структуру, добавлять и убирать функциональные группы и гетероатомы и т.п. Выход реакций тоже практически не важен: если из результирующего раствора может осесть сотня молекул на квадратный микрон, то и хорошо. Это довольно необычные условия для синтеза, но они хорошие. Плохо то, что, возможно разного рода таких структур понадобятся сотни, а хорошо бы иметь очень короткий цикл от проекта до синтеза - недели, а лучше еще меньше. Также неизвестно, будут ли когда-то в нашем проекте деньги даже на одного профессионального химика, так как это - любительская инициатива. Потому и зашла речь о универсальных тактиках - позволяющих в короткое время оценить приемлемость дизайна и сделать его более дружественным к синтезу. Может иметь смысл написать плагин к редактору молекул, подбирающий удобосинтезируемый вариант - а может быть даже сконструировать химический автомат (такой опыт, к счастью, есть) для рутинных операций, связанных с присоединением очередного мономера.

Наверное, Вы правы - надо начинать с молекул, а не с тактики. Работать с синтезированными олигомерами предполагается не в растворе а в вакууме или газовой среде. Суть в том, чтобы попробовать с одной стороны что-то делать с ними (например, сваривать, резать, соединять давлением или как-то еще) а с другой стороны - использовать в качестве инструментов - например, зонда СТМ или элементов микроприводов. Мы конструируем многолапый наноманипулятор с возможностью смены инструментов и обработки одних инструментов другими. Поэтому должно получиться много интересного. Но я никогда не синтезировал ничего сложнее чем основания Шиффа и полианилин, поэтому и пытаюсь понять как лучше подойти к проблеме синтеза олигомеров. Насколько я знаю, с помощью СТМ можно резать полимеры и нанотрубки, но довольно грубо. Хочется помимо этого собирать точные машины из точных деталей - например, параллеолограммный механизм из нескольких проводящих и непроводящих олигомеров, положением которого можно управлять электрическим полем (сходный опыт проводили зарубежные ученые с нанотрубкой). Два-три таких механизма дали бы, например, пинцет, уверенно захватывающий отдельный фуллерен. Ну и вообще много всего такого. С этим связан и еще один вопрос - как могут соотноситься реакции в растворах с реакциями в вакууме (или инертном газе). В том смысле, с какой точки зрения можно посмотреть чтобы предположить, какие из них пойдут если механически соприкоснуть соответствующие мономеры (в реальности - торцы олигомеров), а какие нет? Если есть какие-то интересные мысли на этот счет, давайте включим это в нашу исследовательскую программу и посмотрим.