Травление жидкостное дефектов в кристаллах

[С_А_Горбунов]

Дорогие участники форума,

Здравствуйте.

 

Хочу обратиться к вам с вопросом, который, похоже, касается радиационной химии и жидкостного травления дефектов в кристаллах.

 

Есть задача.

Твёрдое тело, диэлектрик, облучают тяжёлым ионом. На брегговском пике потерь энергии при пролёте ион выбивает большое число быстрых электронов и атомов, которые могут разлетаться на расстояния несколько микрон.

До этого расстояния наблюдается повышенная химическая активность материала: когда кристалл после облучения опускают в кислоту, в нём вдоль траектории иона вытравливается полый цилиндрический канал. 

Существует масса применений для таких модификаций в материале.

 

Мы можем сказать, сколько электронов и атомов выбилось, сколько они пролетели в кристалле, где остановились.

 

Однако, казать, почему конкретно повышается этими атомами и электронами повышается химическая активность и количественно оценить это повышение мы не можем.

Подскажите, пожалуйста, как лучше подойти к этой проблеме? Каким образом сделать количественную оценку?

Например, предсказать, что скорость травления повреждённого материала будет в 10, или в 100 раз больше скорости травления неповреждённого?

 

Буду благодарен даже за совет подходящей литературы.

 

Заранее спасибо

 

 

 

[chaus]

Ну, наверное, возникают дефекты кристаллической решётки, локально повышается G материала и его кристаллическое состояние становится локально неустойчивым, что и приводит к растворению... Это качественно... Посмотрите механизм возникновения каналов Франка вдоль осей винтовых дислокаций.

[С_А_Горбунов]

Ну, наверное, возникают дефекты кристаллической решётки, локально повышается G материала и его кристаллическое состояние становится локально неустойчивым, что и приводит к растворению... Это качественно... Посмотрите механизм возникновения каналов Франка вдоль осей винтовых дислокаций.

Действительно, качественно описано, что травятся дефекты и оборванные химические связи (изменённая электронная конфигурация). (напр. в книге Э. Ненли, Э. Джонсон, "Радиационная химия").

 

Дефекты, мы даже можем посчитать. И изменение G из-за них.

Но если брать обычную теорию активированного комплекса и подставлять туда это изменение G, то скорость травления меняется совсем незначительно. Гораздо меньше экспериментального.

А с оборванными связями совсем беда. Непонятно, ни каким образом они обрываются, ни сколько их, ни как из-за них меняется химическая активность.

 

Самое непонятное - как сделать грамотно количественную оценку?

[aversun]

Дорогие участники форума,

Здравствуйте.

 

Хочу обратиться к вам с вопросом, который, похоже, касается радиационной химии и жидкостного травления дефектов в кристаллах.

 

Есть задача.

Твёрдое тело, диэлектрик, облучают тяжёлым ионом. На брегговском пике потерь энергии при пролёте ион выбивает большое число быстрых электронов и атомов, которые могут разлетаться на расстояния несколько микрон.

До этого расстояния наблюдается повышенная химическая активность материала: когда кристалл после облучения опускают в кислоту, в нём вдоль траектории иона вытравливается полый цилиндрический канал. 

Подобным методом определяют возраст минералов. Метод определения возраста по трекам спонтанного деления урана. 

http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_geolog/18535/ТРЕКИ

http://wiki.ru/sites/paleontologiya_stratigrafiya_i_geokhronologiya/articles-4903.html

Когда-то сам пытался им заниматься, ездил в Дубну в ОИЯИ.

Минерал полируется и затем растравливался (HF), под микроскопом подсчитываются треки спонтанного деления. Уран в минерале также определялся по трекам, при облучении минерала быстрыми нейтронам в реакторе, в качестве детектора служила лавсановая пленка (травление щелочью), на ней считались треки деления. Треки видны под микроскопом в виде овальных лунок, по сути это растравленные каналы образующиеся осколками спонтанного или вынужденного деления урана-238. Преимущественное травление в данных участках происходит потому, что в них при прохождении осколка разрушается кристаллическая структура материала, образуется аморфный, канал который легче растравливается.  

Изменено 18 Марта, 2015 в 01:12 пользователем aversun

[С_А_Горбунов]

Подобным методом определяют возраст минералов. Метод определения возраста по трекам спонтанного деления урана. 

http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_geolog/18535/ТРЕКИ

http://wiki.ru/sites/paleontologiya_stratigrafiya_i_geokhronologiya/articles-4903.html

Когда-то сам пытался им заниматься, ездил в Дубну в ОИЯИ.

Минерал полируется и затем растравливался (HF), под микроскопом подсчитываются треки спонтанного деления. Уран в минерале также определялся по трекам, при облучении минерала быстрыми нейтронам в реакторе, в качестве детектора служила лавсановая пленка (травление щелочью), на ней считались треки деления. Треки видны под микроскопом в виде овальных лунок, по сути это растравленные каналы образующиеся осколками спонтанного или вынужденного деления урана-238. Преимущественное травление в данных участках происходит потому, что в них при прохождении осколка разрушается кристаллическая структура материала, образуется аморфный, канал который легче растравливается.  

Спасибо.

Травлением треков тяжёлых ионов в Дубне занимаются давно. Но вся область остаётся феноменологической.

 

Та аморфная область, о которой ВЫ говорите, имеет радиус вокруг траектории пролетевшего иона, или осколка деления, порядка 1-10нм. Мы уже умеем оценивать её диаметр. И в просвечивающий электронный микроскоп этот же диаметр наблюдаем.

 

Но дело вот в чём.

Если у иона достаточно высокая энергия, то при травлении в начале траектории формируется узкий канал, затем, ближе к концу траектории он расширяется и достигает 5 микрон в радиусе. Получается такой "шприц".

Это показывает, что радиус области повышенной химической активности в широкой части "шприца" составляет до 5 микрон (что на три порядка больше 5нм размеров аморфной области, о которой я писал выше).

 

 

Получается, что кроме аморфизации существуют другие механизмы повышения химической активности. Скорее всего, это области дефектов и разорванных химических связей.

И вот как количественно оценить изменение скорости травления из-за этих дефектов  - в этом и есть вопрос)

[aversun]

Получается, что кроме аморфизации существуют другие механизмы повышения химической активности. Скорее всего, это области дефектов и разорванных химических связей.

И вот как количественно оценить изменение скорости травления из-за этих дефектов  - в этом и есть вопрос)

дефекты и разорванные химические связи как раз и приводят к разрушению кристаллической решетки, т.е. к аморфности. Думаю повышения химической активности здесь нет, а есть эффект более быстрого взаимодействия с реагентом за счет того, что не надо разрушать кристаллическую решетку, т.к. молекулы (атомы) здесь не имеют прочных связей между собой связей и некоторая их часть может уже находится в виде нейтральных молекул, а не в виде ионов.

[С_А_Горбунов]

дефекты и разорванные химические связи как раз и приводят к разрушению кристаллической решетки, т.е. к аморфности. Думаю повышения химической активности здесь нет, а есть эффект более быстрого взаимодействия с реагентом за счет того, что не надо разрушать кристаллическую решетку, т.к. молекулы (атомы) здесь не имеют прочных связей между собой связей и некоторая их часть может уже находится в виде нейтральных молекул, а не в виде ионов.

 

Это уже вопросы терминологии. Когда имеем кристалл с дефектами, а когда тело становится аморфным.

 

А по существу, как можно количественно, до эксперимента, оценить изменение скорости травления материала, облучённого, например, электронами 30кэВ известной дозы?

[aversun]

А по существу, как можно количественно, до эксперимента, оценить изменение скорости травления материала, облучённого, например, электронами 30кэВ известной дозы?

Как на это ответить? Например на микрозонде происходит облучение образца электронами с энергией 20-25 кэв, диаметр пятна 2=3 мк, ток 20-60 на. Для минералов нестойких происходит их разрушение, например минералы серебра разрушаются довольно быстро, а на оливин никакого воздействия нет. В плагиоклазах с высоким натрием (калием) или в стеклах происходит миграция щелочей из зоны луча. Но все это скорее воздействие локального нагрева. Когда я говорил об осколках спонтанного деления, там были энергии в сотни Мэв и массы осколков 80-160  а.е., вот это уже реальное воздействие и тепловое и электростатическое.

[N№4]

Может быть ударная волна создаёт конус с дефектами? 

[С_А_Горбунов]

Может быть ударная волна создаёт конус с дефектами? 

Наблюдается даже не конус, а шприц. 

 

Ударная волна в треках может наблюдаться. Но область сильного возбуждения материала имеет радиус порядка 5нм, а область травления порядка 5мкм. Амплитуда волны, если я не ошибаюсь, в цилиндрически симметрично случае, будет спадать как 1/r. Сможет ли она так далеко создать достаточное количество дефектов?