Часовий розвиток комбінаційного розсіювання світла при фазовому β → α-переході сірки
Досліджено особливості комбінаційного розсіювання світла при β → α-переході сірки для оптичної схеми “на відбиття”. Аналіз експериментальних результатів дозволив встановити часовий інтервал протікання перетворення та оцінити значення швидкості перекристалізації сірки. Исследовано особенности комбин...
Saved in:
| Published in: | Физическая инженерия поверхности |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
2012
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101882 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Часовий розвиток комбінаційного розсіювання світла при фазовому β → α-переході сірки / С.Д. Точилін // Физическая инженерия поверхности. — 2012. — Т. 10, № 4. — С. 430-433. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859478292713701376 |
|---|---|
| author | Точилін, С.Д. |
| author_facet | Точилін, С.Д. |
| citation_txt | Часовий розвиток комбінаційного розсіювання світла при фазовому β → α-переході сірки / С.Д. Точилін // Физическая инженерия поверхности. — 2012. — Т. 10, № 4. — С. 430-433. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физическая инженерия поверхности |
| description | Досліджено особливості комбінаційного розсіювання світла при β → α-переході сірки для оптичної схеми “на відбиття”. Аналіз експериментальних результатів дозволив встановити часовий інтервал протікання перетворення та оцінити значення швидкості перекристалізації сірки.
Исследовано особенности комбинационного рассеяния света при β → α-переходе серы для оптической схемы “на отражение”. Анализ экспериментальных результатов разрешил установить временной интервал протекания преобразования и оценить значение скорости перекристаллизации серы.
The features of Raman-scattered light have been investigated at β → α-transition of sulfur for the optical circuit “on reflection”. The analysis of experimental results has allowed to establish a time interval of course of transformation and to estimate a value of recrystallization speed of sulfur.
|
| first_indexed | 2025-11-24T11:44:16Z |
| format | Article |
| fulltext |
430
ВСТУП
Сучасний етап розвитку електронної техніки
стимулює інтенсивний пошук нових напів-
провідникових та діелектричних матеріалів.
Він відбувається в основному в напрямках,
пов’язаних із синтезом нових речовин, що пе-
ребувають у термодинамічно стійкому стані,
а також із синтезом метастабільних структур.
Останній напрямок є досить перспективним,
тому що дозволяє істотно розширити номен-
клатуру нових матеріалів електронної техніки
[1].
При експлуатації метастабільних структур
виникає ряд проблем, зокрема, важливо зна-
ти їх стійкість протягом досить протяжних ча-
сових інтервалів, а також мати можливість для
керування в таких структурах процесом твер-
дофазного перетворення метастабільна →
стабільна фаза.
Останнім часом елементарна сірка, що є на-
півпровідником [2] та має велике число алот-
ропних модифікацій [3], використовується при
створенні нових композитних наноматеріалів
на основі пористого вуглецю, синтетичних
опалів, а також напівпровідників AIIIBV [4 – 6].
У той час алотропні модифікації сірки стійкі
лише за певних умов [3]. Так, при нормально-
му тиску та температурі Т < 368,8 К стабіль-
ною є ромбічна α-сірка. У той же час, моно-
клінна β-сірка стійка в досить вузькому темпе-
ратурному інтервалі (368,8 – 392,5 К).
Ефективно визначати та контролювати
фазову структуру конденсованих середовищ
дозволяє метод комбінаційного розсіювання
світла (КРС) [7].
Спектри КРС сірки вивчалися в багатьох
роботах. Зокрема, спектри КРС ромбічної та
моноклінної модифікації сірки, а також ком-
позита опал-сірка, отримані з однаковим спек-
тральним розділенням, наведені в [5].
Особливості низькочастотного КРС при
β → α-переході сірки вивчалися в роботі [8].
При цьому в [8] детально досліджувалася по-
ведінка спектральних ліній, що відповідають
зовнішнім коливанням кристалічної гратки
сірки.
У той час певний інтерес при β → α-пере-
ході сірки має вивчення особливостей ліній
відповідним зовнішнім коливанням кристаліч-
ної гратки. Тому що ці лінії є найбільш інтен-
УДК 535.361
ЧАСОВИЙ РОЗВИТОК КОМБІНАЦІЙНОГО РОЗСІЮВАННЯ СВІТЛА
ПРИ ФАЗОВОМУ β → αβ → αβ → αβ → αβ → α-ПЕРЕХОДІ СІРКИ
С.Д. Точилін
Запорізький національний технічний університет
Україна
Надійшла до редакції 20.09.2012
Досліджено особливості комбінаційного розсіювання світла при β → α-переході сірки для
оптичної схеми “на відбиття”.
Аналіз експериментальних результатів дозволив встановити часовий інтервал протікання
перетворення та оцінити значення швидкості перекристалізації сірки.
Ключові слова: сірка, перекристалізація, лазер, комбінаційне розсіювання світла.
Исследовано особенности комбинационного рассеяния света при β → α-переходе серы для
оптической схемы “на отражение”.
Анализ экспериментальных результатов разрешил установить временной интервал протекания
преобразования и оценить значение скорости перекристаллизации серы.
Ключевые слова: сера, перекристаллизация, лазер, комбинационное рассеяние света.
The features of Raman-scattered light have been investigated at β → α-transition of sulfur for the
optical circuit “on reflection”.
The analysis of experimental results has allowed to establish a time interval of course of transforma-
tion and to estimate a value of recrystallization speed of sulfur.
Keywords: sulfur, recrystallization, laser, Raman scattering.
С.Д. Точилін, 2012
431ФІП ФИП PSE, 2012, т. 10, № 4, vol. 10, No. 4
сивними в спектрі КРС сірки першого поряд-
ку та можуть реєструватися недорогими спек-
тральними приладами з низькою роздільною
здатністю [9].
У даній роботі було поставлене завдання
дослідження особливостей усього спектра
КРС першого порядку при фазовому β → α-
переході сірки. Передбачалося вивчити часову
поведінку спектральних ліній, що відповіда-
ють як зовнішнім, так і внутрішнім коливанням
гратки сірки при цьому перетворенні.
ТЕОРЕТИЧНИЙ АНАЛІЗ
При описі особливостей КРС при фазовому
β → α-перетворенні сірки будемо використо-
вувати теорію міграції границь кристалічних
зерен [10].
Відповідно до цієї теорії, в результаті терміч-
ної активації, атоми сусідніх кристалічних
зерен у результаті дифузії потрапляють на гра-
ницю між ними та залишаються там протягом
деякого часу, поки не повернуться або в одне
або в інше зерно. У такий спосіб між сусідніми
зернами відбувається обмін речовини.
Якщо існує різниця вільних енергій двох зе-
рен ∆g, то виникає спрямований рух грани-
ці між ними (у випадку зерен α- і β-сірки
значення ∆g ≠ 0 та становить величину –
7⋅104 Дж/катом при Т = 291 К [3]).
При цьому, відповідно до роботи [9], швид-
кість перекристалізації vможе бути представ-
лена в такий спосіб:
v = ωδ[1 – exp(−∆g/kT)]exp(−∆g0/kT), (1)
тут ω − частота переходу атомів з одного зерна
в інше, δ − зсув границі зерна при проходжен-
ні одного атома, ∆g0 = ∆h – Т∆S, ∆h та ∆S –
відповідно зміна енергії та ентропії атомів при
термічній активації,
k
– постійна Больцмана.
Вираз (1) виконується й у тому випадку
якщо припустити, що елементарний процес
складається не з термічно активованого пере-
скоку окремого атома, а в переході з одного
зерна в інше цілої групи атомів або молекул.
Відповідно до цього в (1) замість ∆g, ∆g0, v
та δ варто використовувати величини, що ха-
рактеризують мігруючу групу атомів або моле-
кул [10].
У відповідності з (1) при Т = const швид-
кість перекристалізації є постійною.
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА
ЇХ ОБГОВОРЕННЯ
Метастабільна структура β-α-сірка, а також
зразки a та β-сірки, особливості КРС яких були
досліджені в даній роботі, формувалися за
методикою, описаною в [6].
При цьому зразки α- і β-сірки мали одна-
кову масу 3,6⋅10–5 кг та форму, подібну до
форми кульового сегмента з діаметром основи
6⋅10–3 м.
Структурний β → α-перехід спостерігався
в метастабільній структурі β-α-сірка, що була
утворена полікристалічними зразками моно-
клінної та ромбічної фаз при сплавці їх прикор-
донного шару. Після сплавки зразки піддава-
лися гартуванню в дистильованій воді при
температурі 291 К.
Дослідження фазового перетворення здій-
снювалися поблизу фронту перекристалізації
в області β-фази, у спектральному діапазоні
частот Ω від 10 до 500 см-–1 (відповідно до
[7], частоти зовнішніх коливань сірки лежать
у діапазоні 80 – 500 см–1, частоти внутрішніх
коливань не перевищують 80 см–1).
Реєстрація КРС здійснювалася за допомо-
гою подвійного монохроматора, спектральна
ширина щілини становила 0,6 см–1. Для збуд-
ження сигналів непружного розсіювання ви-
користовувалася оптична схема “на відбиття”,
а також випромінювання гелій-неонового
лазера (λ = 632,8 нм, Р – 50 мВт).
У ході експерименту температура Т мала
постійну величину (Т = 291 К).
На рис. 1а наведені спектри КРС зразка
моноклінної сірки, отримані нами через 180
хвилин та через 4,5⋅103 хвилин (~3 доби) піс-
ля готування зразка. З рис. 1 видно, що ці
спектри як в області зовнішніх, так і внутрішніх
коливань сірки, із часом t практично не змі-
нюють свою форму та інтенсивність. Це свід-
чить про достатню стійкість моноклінної мо-
дифікації сірки при кімнатній температурі.
На рис. 1б наведені спектри КРС першого
порядку, отримані при фазовому β → α-пере-
ході в метастабільній структурі сірки через
певні проміжки часу після швидкого охолод-
ження зразків до кімнатної температури. Як
видно з рис. 1, спектри істотно змінювалися
з часом. При цьому інтенсивність ліній КРС
С.Д. ТОЧИЛІН
432
в області як зовнішніх коливань, так і внутріш-
ніх коливань сірки, різко зростала.
У той час форма ліній, що відповідають
внутрішнім коливанням змінювалася незнач-
но, на відміну від змін ліній характерних для
зовнішніх коливань сірки. У цьому випадку
на початкових етапах спостереження (t ≤
1,7⋅104 с) низькочастотний спектр відповідав
β-сірці, потім відбувалася його трансформація
від форми, характерної для моноклінної сірки,
до форми, властивої її ромбічній модифікації
(див. верхній спектр на рис. 1б). Тобто після
закінчення часу (t – 2,5⋅104 с) досліджувана
область метастабільної структури, що відпо-
відає β-фазі сірки, перетерплювала фазове пе-
ретворення в α-сірку.
Такий експериментальний результат дозво-
ляє зробити висновок про те, що в часовому
інтервалі – 1,7⋅104 − 2,5⋅104 с, відбувається фа-
зове β → α-перетворення досліджуваної об-
ласті сірки. Це дозволило оцінити швидкість
перекристалізації сірки. Її величина має зна-
чення порядку 10–7 м/с (сигнал КРС спосте-
рігався нами із приповерхневої області діамет-
ром – 400 мікрометрів).
ВИСНОВОК
Таким чином, нами був досліджений часовий
розвиток КРС при структурному β → α-пере-
ході сірки у широкому діапазоні частот спо-
стереження (10 – 500 см–1) для оптичної
схеми “на відбиття”.
Встановлено особливості часового повод-
ження спектральних ліній, що відповідають
зовнішнім та внутрішнім коливанням гратки
сірки при цьому перетворенні.
Можна припустити, що подібні зміни спек-
трів КРС повинні спостерігатися для всіх мо-
лекулярних кристалів та структур, при пере-
ході з метастабільного стану в стійкий.
ЛІТЕРАТУРА
1. Таиров Ю.М., Цветков В.Ф. Технология полу-
проводниковых и диэлектрических материа-
лов. – СПб.: Изд. Лань, 2002. – 424 с.
2. Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы
электронной техники: Учебник. – СПб.: Изд.
Лань, 2001. – 368 с.
3. Эддисон У. Аллотропия химических элемен-
тов. – М.: Мир, 1966. – 208 с.
4. Сморгонская Э.А., Кютт Р.Н., Шуман В.Б.,
Данишевский А.М., Гордеев С.К., Гречин-
ская А.В. Малоугловое рентгеновское рассея-
ние в нанокомпозите углерод-сера, получен-
ном на основе объемного нанопористого уг-
лерода//ФТТ. – 2002. – Т. 44, Вып. 10. –
С. 1908-1914.
5. Горелик В.С., Точилин С.Д. Комбинационное
рассеяние света в композите опал/сера//Не-
органические материалы. – Т. 47, № 7. –
С. 846-847.
6. Лебедев М.В., Shimomura M., Fukuda Y. Ре-
конструкция поверхности InSb(111)A при ад-
сорбции серы//Физика и техника полупровод-
ников. – 2007. – Т. 41, Вып. 5. – С. 539-543.
7. Горелик В.С., Умаров Б.С. Введение в спект-
роскопию комбинационного рассеяния света
в кристаллах. – Душанбе: изд. Дониш, 1982.
– 288 c.
8. Точилин С.Д., Горелик В.С. Особенности
комбинационного рассеяния света при фа-
зовом β → α-переходе серы//Краткие сооб-
щения по физике ФИАН. – 1993. № 11-12. –
С. 15-19.
9. Горелик B.C., Свербиль П.П., Фадюшин А.Б.,
Васильев В.В. Полупроводниковый лазер ви-
димого диапазона как источник возбуждения
комбинационного рассеяния света. Препринт/
ФИАН; 27. – М.: РИИС ФИАН, 2003. – 18 c.
10. Рекристаллизация металлических материа-
лов/Ред. Ф. Хесснер. – М.: Металлургия,
1962. – 352 с. (Хесснер Ф., Хофман С. Мигра-
ция большеугловых границ зерен. – С. 71-103).
б)
а)
Рис. 1. Спектри КРС моноклінної сірки (а) та β-α-струк-
тури сірки (б). Цифри поблизу спектрів – час у хвилинах
після готування об’єкта дослідження.
ЧАСОВИЙ РОЗВИТОК КОМБІНАЦІЙНОГО РОЗСІЮВАННЯ СВІТЛА ПРИ ФАЗОВОМУ β → αβ → αβ → αβ → αβ → α-ПЕРЕХОДІ СІРКИ
ФІП ФИП PSE, 2012, т. 10, № 4, vol. 10, No. 4
433ФІП ФИП PSE, 2012, т. 10, № 4, vol. 10, No. 4
LІTERATURA
1. Tairov Yu.M., Cvetkov V.F. Tehnologiya polupro-
vodnikovyh i dielektricheskih materialov. – SPb.:
Izd. Lan, 2002. – 424 s.
2. Pasynkov V.V., Sorokin V.S. Materialy elektron-
noj tehniki: Uchebnik. – SPb.: Izd. Lan, 2001. –
368 s.
3. Eddison U. Allotropiya himicheskih elementov.
– M.: Mir, 1966. – 208 s.
4. Smorgonskaya E.A., Kyutt R.N., Shuman V.B.,
Danishevskij A.M., Gordeev S.K., Grechinskaya
A.V. Malouglovoe rentgenovskoe rasseyanie v
nanokompozite uglerod-sera, poluchennom na
osnove obemnogo nanoporistogo ugleroda//FTT.
– 2002. – T. 44, Vyp. 10. – S. 1908-1914.
5. Gorelik V.S., Tochilin S.D. Kombinacionnoe ras-
seyanie sveta v kompozite opal/sera//Neorga-
nicheskie materialy. – T. 47, № 7. – S. 846-847.
6. Lebedev M.V., Shimomura M., Fukuda Y. Rekon-
strukciya poverhnosti InSb(111)A pri adsorbcii
sery//Fizika i tehnika poluprovodnikov. – 2007.
– T. 41, Vyp. 5. – S. 539-543.
7. Gorelik V.S., Umarov B.S.. Vvedenie v spektro-
skopiyu kombinacionnogo rasseyaniya sveta v
kristallah. – Dushanbe: izd. Donish, 1982. –
288 c.
8. Tochilin S.D., Gorelik V.S. Osobennosti kombina-
cionnogo rasseyaniya sveta pri fazovom β → α-
perehode sery//Kratkie soobscheniya po fizike
FIAN. – 1993. № 11-12. – S. 15-19.
9. Gorelik B.C., Sverbil P.P., Fadyushin A.B., Va-
silev V.V. Poluprovodnikovyj lazer vidimogo dia-
pazona kak istochnik vozbuzhdeniya kombinaci-
onnogo rasseyaniya sveta. Preprint/FIAN; 27. −
M.: RIIS FIAN, 2003. − 18 c.
10. Rekristallizaciya metallicheskih materialov/Red.
F. Hessner. – M.: Metallurgiya, 1962. – 352 s.
(Hessner F., Hofman S. Migraciya bolsheuglovyh
granic zeren. – S. 71-103).
С.Д. ТОЧИЛІН
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101882 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1999-8074 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-24T11:44:16Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Точилін, С.Д. 2016-06-08T17:11:25Z 2016-06-08T17:11:25Z 2012 Часовий розвиток комбінаційного розсіювання світла при фазовому β → α-переході сірки / С.Д. Точилін // Физическая инженерия поверхности. — 2012. — Т. 10, № 4. — С. 430-433. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101882 535.361 Досліджено особливості комбінаційного розсіювання світла при β → α-переході сірки для оптичної схеми “на відбиття”. Аналіз експериментальних результатів дозволив встановити часовий інтервал протікання перетворення та оцінити значення швидкості перекристалізації сірки. Исследовано особенности комбинационного рассеяния света при β → α-переходе серы для оптической схемы “на отражение”. Анализ экспериментальных результатов разрешил установить временной интервал протекания преобразования и оценить значение скорости перекристаллизации серы. The features of Raman-scattered light have been investigated at β → α-transition of sulfur for the optical circuit “on reflection”. The analysis of experimental results has allowed to establish a time interval of course of transformation and to estimate a value of recrystallization speed of sulfur. uk Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України Физическая инженерия поверхности Часовий розвиток комбінаційного розсіювання світла при фазовому β → α-переході сірки Article published earlier |
| spellingShingle | Часовий розвиток комбінаційного розсіювання світла при фазовому β → α-переході сірки Точилін, С.Д. |
| title | Часовий розвиток комбінаційного розсіювання світла при фазовому β → α-переході сірки |
| title_full | Часовий розвиток комбінаційного розсіювання світла при фазовому β → α-переході сірки |
| title_fullStr | Часовий розвиток комбінаційного розсіювання світла при фазовому β → α-переході сірки |
| title_full_unstemmed | Часовий розвиток комбінаційного розсіювання світла при фазовому β → α-переході сірки |
| title_short | Часовий розвиток комбінаційного розсіювання світла при фазовому β → α-переході сірки |
| title_sort | часовий розвиток комбінаційного розсіювання світла при фазовому β → α-переході сірки |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101882 |
| work_keys_str_mv | AT točilínsd časoviirozvitokkombínacíinogorozsíûvannâsvítlaprifazovomuβαperehodísírki |