Исследование электронной структуры сплавов магния и алюминия методом рентгеновской эмиссионной спектроскопии

Исследование электронной структуры сплавов магния и алюминия методом рентгеновской эмиссионной спектроскопии

Методами рентгеновской эмиссионной спектроскопии исследованы энергетические распределения 3s-электронов в валентных эмиссионных полосах алюминия и магния. Показано, что основной вклад s-электроны вносят в низкоэнергетическую область рентгеновского эмиссионного спектра этих металлов, вызывая эффект г...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:Вісник Українського матеріалознавчого товариства
Datum:2012
Hauptverfasser: Ткаченко, В.Г., Зауличный, Я.В., Кондрашев, А.И., Малка, А.Н., Абрамов, А.А.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Українське матеріалознавче товариство 2012
Schlagworte:
Результати наукових досліджень
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/125375
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Исследование электронной структуры сплавов магния и алюминия методом рентгеновской эмиссионной спектроскопии / В.Г. Ткаченко, Я.В. Зауличный, А.И. Кондрашев, А.Н. Малка, А.А. Абрамов // Вісник Українського матеріалознавчого товариства. — 2012. — № 1(5). — С. 72-77. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-125375
record_format dspace
spelling Ткаченко, В.Г.
Зауличный, Я.В.
Кондрашев, А.И.
Малка, А.Н.
Абрамов, А.А.
2017-10-25T20:46:40Z
2017-10-25T20:46:40Z
2012
Исследование электронной структуры сплавов магния и алюминия методом рентгеновской эмиссионной спектроскопии / В.Г. Ткаченко, Я.В. Зауличный, А.И. Кондрашев, А.Н. Малка, А.А. Абрамов // Вісник Українського матеріалознавчого товариства. — 2012. — № 1(5). — С. 72-77. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
2310-9688
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/125375
669.715: 669.721: 543.422.8
Методами рентгеновской эмиссионной спектроскопии исследованы энергетические распределения 3s-электронов в валентных эмиссионных полосах алюминия и магния. Показано, что основной вклад s-электроны вносят в низкоэнергетическую область рентгеновского эмиссионного спектра этих металлов, вызывая эффект гибридизации электронных состояний. При образовании твердого раствора Mg–Al в валентной полосе LαMg наблюдается расщепление (на связующие и антисвязующие состояния) тех электронных уровней, которые гибридизируются с s-состояниями Mg.
Методами рентгенівської емісійної спектроскопії досліджені енергетичні розподіли 3s-электронів у валентних емісійних смугах алюмінію і магнію. Показано, що основний вклад s-електрони вносять в низькоенергетичну область рентгенівського емісійного спектру цих металів, викликаючи ефект гібридизації електронних станів. При утворенні твердого розчину Mg–Al у валентній смузі LαMg спостерігається розщеплювання (на сполучні і антисполучні стани) тих електронних рівнів, які гібридизуються з s-станами Mg.
The object of the this paper is to provide information concering to the electron structure of light alloys, which might better identify mechanisms responsible for improving the physical and mechanical properties of the promising materials. The X-ray emission spectra were measured using selected specimens in as-cast condition. For reason given the lithium and barium are assumed to be responsible for reducing the electron work function and increasing its quantum efficiency.
ru
Українське матеріалознавче товариство
Вісник Українського матеріалознавчого товариства
Результати наукових досліджень
Исследование электронной структуры сплавов магния и алюминия методом рентгеновской эмиссионной спектроскопии
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Исследование электронной структуры сплавов магния и алюминия методом рентгеновской эмиссионной спектроскопии
spellingShingle Исследование электронной структуры сплавов магния и алюминия методом рентгеновской эмиссионной спектроскопии
Ткаченко, В.Г.
Зауличный, Я.В.
Кондрашев, А.И.
Малка, А.Н.
Абрамов, А.А.
Результати наукових досліджень
title_short Исследование электронной структуры сплавов магния и алюминия методом рентгеновской эмиссионной спектроскопии
title_full Исследование электронной структуры сплавов магния и алюминия методом рентгеновской эмиссионной спектроскопии
title_fullStr Исследование электронной структуры сплавов магния и алюминия методом рентгеновской эмиссионной спектроскопии
title_full_unstemmed Исследование электронной структуры сплавов магния и алюминия методом рентгеновской эмиссионной спектроскопии
title_sort исследование электронной структуры сплавов магния и алюминия методом рентгеновской эмиссионной спектроскопии
author Ткаченко, В.Г.
Зауличный, Я.В.
Кондрашев, А.И.
Малка, А.Н.
Абрамов, А.А.
author_facet Ткаченко, В.Г.
Зауличный, Я.В.
Кондрашев, А.И.
Малка, А.Н.
Абрамов, А.А.
topic Результати наукових досліджень
topic_facet Результати наукових досліджень
publishDate 2012
language Russian
container_title Вісник Українського матеріалознавчого товариства
publisher Українське матеріалознавче товариство
format Article
description Методами рентгеновской эмиссионной спектроскопии исследованы энергетические распределения 3s-электронов в валентных эмиссионных полосах алюминия и магния. Показано, что основной вклад s-электроны вносят в низкоэнергетическую область рентгеновского эмиссионного спектра этих металлов, вызывая эффект гибридизации электронных состояний. При образовании твердого раствора Mg–Al в валентной полосе LαMg наблюдается расщепление (на связующие и антисвязующие состояния) тех электронных уровней, которые гибридизируются с s-состояниями Mg. Методами рентгенівської емісійної спектроскопії досліджені енергетичні розподіли 3s-электронів у валентних емісійних смугах алюмінію і магнію. Показано, що основний вклад s-електрони вносять в низькоенергетичну область рентгенівського емісійного спектру цих металів, викликаючи ефект гібридизації електронних станів. При утворенні твердого розчину Mg–Al у валентній смузі LαMg спостерігається розщеплювання (на сполучні і антисполучні стани) тих електронних рівнів, які гібридизуються з s-станами Mg. The object of the this paper is to provide information concering to the electron structure of light alloys, which might better identify mechanisms responsible for improving the physical and mechanical properties of the promising materials. The X-ray emission spectra were measured using selected specimens in as-cast condition. For reason given the lithium and barium are assumed to be responsible for reducing the electron work function and increasing its quantum efficiency.
issn 2310-9688
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/125375
citation_txt Исследование электронной структуры сплавов магния и алюминия методом рентгеновской эмиссионной спектроскопии / В.Г. Ткаченко, Я.В. Зауличный, А.И. Кондрашев, А.Н. Малка, А.А. Абрамов // Вісник Українського матеріалознавчого товариства. — 2012. — № 1(5). — С. 72-77. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT tkačenkovg issledovanieélektronnoistrukturysplavovmagniâialûminiâmetodomrentgenovskoiémissionnoispektroskopii
AT zauličnyiâv issledovanieélektronnoistrukturysplavovmagniâialûminiâmetodomrentgenovskoiémissionnoispektroskopii
AT kondraševai issledovanieélektronnoistrukturysplavovmagniâialûminiâmetodomrentgenovskoiémissionnoispektroskopii
AT malkaan issledovanieélektronnoistrukturysplavovmagniâialûminiâmetodomrentgenovskoiémissionnoispektroskopii
AT abramovaa issledovanieélektronnoistrukturysplavovmagniâialûminiâmetodomrentgenovskoiémissionnoispektroskopii
first_indexed 2025-11-25T20:31:17Z
last_indexed 2025-11-25T20:31:17Z
_version_ 1850521440706625536
fulltext "Вісник" УМТ № 1 (5) 2012 72 УДК 669.715: 669.721: 543.422.8 В. Г. Ткаченко, Я. В. Зауличный, А. И. Кондрашев, А. Н. Малка, А. А. Абрамов §§ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРЫ СПЛАВОВ МАГНИЯ И АЛЮМИНИЯ МЕТОДОМ РЕНТГЕНОВСКОЙ ЭМИССИОННОЙ СПЕКТРОСКОПИИ Методами рентгенівської емісійної спектроскопії досліджені енергетичні розподіли 3s-электронів у валентних емісійних смугах алюмінію і магнію. Показано, що основний вклад s-електрони вносять в низькоенергетичну область рентгенівського емісійного спек- тру цих металів, викликаючи ефект гібридизації електронних станів. При утворенні твер- дого розчину Mg–Al у валентній смузі LαMg спостерігається розщеплювання (на сполучні і антисполучні стани) тих електронних рівнів, які гібридизуються з s-станами Mg. Ключовi слова: рентгенівська емісійна спектроскопія, допант, гібридизація, елект- ронні рівні. Введение Рентгеновская эмиссионная спектроскопия (ПЭС) является одним из наиболее эффективных методов изучения электронной структуры вещества. В сочетании с оптическими спектрами он дает возможность получать точ- ные параметры зонной структуры кристалла в зоне проводимости и в ва- лентной зоне, то есть во всей области энергий. Вместе с тем теоретические расчеты распределения интенсивностей в эмиссионных спектрах до на- стоящего времени остаются проблематичными из-за математических труд- ностей, связанных с определением волновых функций валентных электро- нов и учетом взаимодействия электронов (многоэлектронное приближение). Поэтому особое значение приобретают экспериментальные исследования тонкой структуры рентгеновских эмиссионных спектров, ко- торые необходимы для сближения теоретических расчетов и эксперимен- тальных результатов. Сплавы на основе магния и алюминия широко применяются в элек- тронной технике и машиностроении [1–3]. Знания их электронной структу- ры необходимы для создания перспективных материалов с новыми физико- механическими свойствами. Методика эксперимента Сплавы на основе алюминия и магния были выплавлены в индукцион- ной печи в среде аргона. При этом использовали алюминий, литий, барий; магний, кальций, иттрий с содержанием основного элемента 99,99% и не менее 99,95% соответственно. Исследование электронной структуры сплавов © Ткаченко Володимир Григорович, докт. техн. наук, завідувач відділу Інституту проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, Кондрашов Олександр Іванович, Ма- лка Олександр Миколайович, наукові співробіники цього ж інституту, Абрамов Олександр Олександрович, аспірант цього ж інституту, Заулічний Ярослав Васильович, докт. фіз.-мат. наук, завідувач кафедри НТУУ “КПІ”. ІІ. Результати наукових досліджень 73 проводили с помощью спектрометра РСМ-500. Диспергирующим элементом в нем является решетка типа “Эшелет” с периодом 1/600 и радиусом кривиз- ны 6м. Давление остаточных газов в рабочей камере спектрометра составля- ет 2×10–4 Па. Ошибка определения точек спектра ⎯ ±0,1 эВ. Особенностью рентгеновской эмиссионной спектроскопии является возможность изучения электронного строения каждого из компонентов спла- ва, что не может быть сделано с помощью других методов исследования. Распределение интенсивности в рентгеновских эмиссионных полосах опре- деляется распределением внешних (валентных) электронов по состояниям в сплаве [4]. Результаты экспериментов и их обсуждение Сплавы системы Mg–Al–Ca–Y. Рентгеновские эмиссионные Lα-полосы магния и алюминия отражают энергетическое распределение 3s-электронов в валентных полосах этих металлов. По расчётным данным [5] наибольший вклад s-состояния вносят в низкоэнергетическую область спектра, вызывая эффект sp-гибридизации. По тем же данным наибольшая часть Alp- состояний приходится на прифермиевскую область. Из сравнения AlLα и MgLα валентных полос видно, что несмотря на некоторое подобие, они от- личаются своей шириной и относительными интенсивностями. Так как часть энергетических уровней в прифермиевской области AlLα занята p- состояниями, незадействованными в гибридизации, ширина распределения по энергиям s-электронов здесь в два раза шире, чем в MgLα (рис. 1, кривые 1 и 2). 55 60 65 70 75 80 И нт ен си вн ос ть , о тн . е д. 1 2 3 4 5045 Энергия, эВ 40 Рис. 1. Совмещение в единой энергетической шкале (на уров- нях Ферми) Lα-полос эмиссии, полученных от чистых Mg (1), Al (2) и от Mg0,89 Al0,11 (3 – MgLα, 4 – AlLα) При переходе к Mg0,89Al0,11 форма AlLα-полосы эмиссии кардинально изменяется вследствие резкого снижения интенсивности прифермиевского максимума и резкого повышения интенсивности Lα в центре зоны (рис. 1 кривая 4). Кроме того, валентная полоса MgLα практически расщепляется на две подполосы, разделённые глубоким минимумом. Это объясняется расще- плением (на связующие и антисвязующие состояния) тех электронных уров- ней, p-орбитали которых гибридизируются с s-состояниями Mg. В результате этого часть sp-антисвязующих состояний оказалась на уровне Ферми, а свя- зующие состояния с большим дополнительным вкладом s-электронов от Mg, снизив свою энергию, сосредоточились в центре валентной зоны. Это под- "Вісник" УМТ № 1 (5) 2012 74 тверждается также некоторым повышением интенсивности MgLα в интерва- ле энергий 46–47 эВ. Однако при этом практически не изменяется распреде- ление Mg s-электронов вблизи уровня Ферми. Легирование сплава Mg0,89Al0,11 кальцием и иттрием практически не изменяет формы Lα-полос Mg и Al, за исключением некоторых изменений в интенсивностях прифермиевского максимума (рис. 2). В этом случае при до- бавлении кальция интенсивность этого максимума несколько растёт за счёт дополнительных s-электронов кальция и немного уменьшается при легиро- вании иттрием. Однако это не означает, что плотность состояний возле уров- ня Ферми уменьшается, наблюдаемый эффект очевидно, является результа- том гибридизации высокоэнергетических Yd-состояний с s-состояниями Mg и Al. Поэтому незначительное расширение этих максимумов может свиде- тельствовать здесь о некотором возрастании плотности состояний, особенно тех, которые смогут заселять антисвязывающие состояния, что обычно мо- жет уменьшать работу выхода электронов с поверхности Ферми. Однако этот вывод следует рассматривать, скорее как предположение из-за малых, соиз- меримых с погрешностью эксперимента изменений интенсивностей этих максимумов. 55 60 65 70 75 И нт ен си вн ос ть , о тн . е д. 1 2 5045 Энергия, эВ 40 Рис. 2. Сравнение MgLα (1) и AlLα- полос эмиссии (2), полученных от Mg0,89Al0,11 (–––––), от Mg0,882 Al0,11 Ca0,008 (– – – –) и Mg0,882 Al0,11 Ca0,008 Y0,006 (⋅ ⋅ ⋅ ⋅) Сплавы алюминия с литием и барием. Энергетическое распределение ва- лентных электронов в эмиссионном спектре алюминия оказывается типичным для металлов 1 – 3 групп таблицы химических элементов с резким пиком плотности электронных состояний возле уровня Ферми (рис. 3). После совме- щения LII–III–M-полос алюминия, полученных от чистого алюминия и сплавов Al0,927 Li0,073 и Al0,955 Li0,039 Ba0,006, становится очевидным, что все они значи- тельно отличаются по форме. В частности, при легировании алюминия литием наблюдается снижение интенсивности Al LII–III–M-полосы в области энергий hν = (61 – 67) эВ, которая находится на дне зоны. При этом происходит сдвиг низкоэнергетического контура в сторону высоких энергий. Это свидетельству- ет об уменьшении заселённости самых глубоких электронных 2s-состояний алюминия и об увеличении зонной энергии ∫ Ef FD EdEEN 3 )( , то есть все электро- ны стали менее связанными с остовом алюминия. Более того, число валентных электронов алюминия сохраняется неизменным. Поэтому выявленное энерге- тическое перераспределение является следствием либо повышения плотности электронных состояний на уровне Ферми вблизи алюминия, либо заселения ІІ. Результати наукових досліджень 75 2s-состояний лития. Для определения того или иного варианта заселения элек- тронных состояний была исследована LiKα-полоса эмиссии, которая в чистом 60 65 70 75 0 100 200 300 400 500 Энергия, эВ И нт ен си вн ос ть 1 2 3 Рис. 3. Сравнение приведённых к одинаковым пиковым интенсив- ностям Al (LII–III–M) – полос рент- геновской эмиссии для чистого Al и его сплавов: 1 – Al; 2 – сплав Al-2%Li, 3 – сплав Al-1%Li-3%Ba литии не имеет дублетного вида, а в исследованном сплаве стала глубоко раз- делённым дублетом (рис. 4). Центр масс его низкоэнергетического максимума расположен на уровне hν = 49,8 эВ, а коротковолнового максимума – на уров- не hν = 54,36 эВ, что соответствует табличному значению энергетического положения LiKα для чистого лития. Поскольку LiKα1/2-дублет может сущест- вовать только при синглетном заполнении Li2s-состояний, то выявленное пере- распределение электронных состояний в сплаве алюминия с литием является следствием перехода Alp-электрона к Lis-состоянию при выравнивании уров- ней Ферми обоих металлов из-за образования твёрдого раствора. Поскольку энергия связи s-электронов с атомами лития меньше энергии связи с остовами алюминия, это означает, что энергия электронов твёрдого раствора лития в алюминии возрастает, обеспечивая уменьшение работы выхода и повышение квантового выхода фотоэмиссии этого сплава. 48 52 56 60 0 20 40 60 Энергия, эВ И нт ен си вн ос ть 1 2 Рис. 4. Рентгеновские LiKα спектры эмиссии, полученные от сплавов на основе алюми- ния Al LII–III–M-полоса сплава алюминия с литием и барием (Al0,955 Li0,039 Ba0,006) (рис. 4) также существенно отличается от полосы чистого алюминия за счёт повышения относительной интенсивности I / Imax практиче- ски по всему спектру в интервале энергий hν = (63–73) эВ. Это свидетельству- ет об увеличении плотности заселённости состояний в этом диапазоне энер- гий. Так как у бария в отличие от лития два 6s-электрона, дополнительное "Вісник" УМТ № 1 (5) 2012 76 растворение бария в сплаве Al–Li приводит к повышению заселённости элек- тронных состояний алюминия. Исследования сплава алюминия с литием и барием показали, что LiKα-полоса также характеризуется дублетной структу- рой с очень низкой контрастностью обоих максимумов из-за большого рассеи- вания х-квантов атомами бария. Повышение заселённости валентной полосы сплава Al–Li, Ba должно привести к дополнительному увеличению квантового выхода фотоэмиссии. Выводы При исследовании рентгеновских эмиссионных спектров сплавов Al–Li, Ba установлены особенности тонкой структуры рентгеновских эмиссионных полос легких элементов. В частности, наблюдаемое перераспределение интенсивно- стей в рентгеновской эмиссионной полосе LαAl связывается с существенным повышением плотности электронных состояний (вероятно Al р-состояний) вблизи уровня Ферми при введении лития и бария. Добавки алюминия не изменяют распределение s-электронов Mg вблизи уровня Ферми. Введение кальция, а тем более иттрия, не влияют на плотность состояний вблизи уровня Ферми магния. Вместе с тем зафиксированная в эмис- сионных рентгеновских спектрах гибридизация, например, Y d-состояний с s- состояниями Mg, что свидетельствует об увеличении прочности межатомной связи в матрице сплавов Mg–Al, Ca, Y. Методом рентгеновской эмиссионной спектроскопии, показано на целесо- образность разделения исследованных объектов на два класса перспективных материалов: а) конструкционные сплавы системы Mg–Al, Ca с эффектами твёр- дорастворного зернограничного упрочнения [6] и б) функциональные сплавы системы Al–Li, Ba с повышенным квантовым выходом фотоэмиссии [7]. Методами рентгеновской эмиссионной спектроскопии исследованы энергетические распределения 3s-электронов в валентных эмиссионных полосах алюминия и магния. Пока- зано, что основной вклад s-электроны вносят в низкоэнергетическую область рентгенов- ского эмиссионного спектра этих металлов, вызывая эффект гибридизации электронных состояний. При образовании твердого раствора Mg–Al в валентной полосе LαMg наблюда- ется расщепление (на связующие и антисвязующие состояния) тех электронных уровней, которые гибридизируются с s-состояниями Mg. Ключевые слова: рентгеновская эмиссионная спектроскопия, гибридизация, тех электронные уровни. The object of the this paper is to provide information concering to the electron structure of light alloys, which might better identify mechanisms responsible for improving the physical and mechanical properties of the promising materials. The X-ray emission spectra were measured using selected specimens in as-cast condition. For reason given the lithium and barium are as- sumed to be responsible for reducing the electron work function and increasing its quantum effi- ciency. Keywords: electron structure, hybridization, electron level. ІІ. Результати наукових досліджень 77 1. Рохлин Л. Л. Актуальные проблемы в области применения магниевых сплавов // Цвет- ные металлы. – 2006. – № 5. – С. 62–66. 2. Промышленные алюминиевые сплавы: справ / под ред. Ф. И. Квасова, И. Н. Фридлян- дера. – М.: Металлургия, 1984. – 505 с. 3. Ткаченко В. Г. Электронная структура металлических сплавов с повышенным кванто- вым выходом фотоэмиссии / В. Г. Ткаченко, А. И. Кондрашев, В. И. Лазаренкои др. // Доклады Академии Наук. – 1999. – Т. 367, № 5. – С. 632–635. 4. Немошкаленко В. В. Рентгеновская эмиссионная спектроскопия металлов и сплавов. – К.: Наук. думка. – 1972. – 318 с. 5. Немошкаленко В. В. Теоретические основы рентгеновской эмиссионной спектроскопии / В. В. Немошкаленко, В. Г. Алeшин. – К.: Наук. думка, 1974. – 376 с. 6. Ткаченко В. Г. Физика микротекучести магниевых сплавов с титаном / В. Г. Тка- ченко, К. Ч. Ким, Б. Г. Мун и др. // Успехи физики металлов. – 2010. – Т. 11, № 12. – С. 249–272. 7. Ткаченко В. Г. Фізичні основи фотоелектроніки металічних кристалів / В. Г. Ткаченко, О. І. Кондрашев, І. М. Максимчук – К.: Наук. думка, 2009. – 214 с.

Ähnliche Einträge