Ленгмюр (единица)

Ленгмюра кристалла (обозначение: L ) представляет собой единицу воздействия (или дозировки) на ( например , ) и используется в сверхвысокого вакуума (СВВ) физике поверхности для изучения адсорбции газов поверхность . Это практичная единица, не однородная по размерам , поэтому используется только в этой области. Он назван в честь американского физика Ирвинга Ленгмюра .

Определение

Ленгмюра определяют путем умножения давления газа на время воздействия. Один Ленгмюр соответствует экспозиции 10 ⁻⁶ Торр за одну секунду . ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Например, подвергая поверхность воздействию газа под давлением 10 ⁻⁸ Торр за 100 секунд соответствует 1 л. Аналогично, поддерживая давление газообразного кислорода на уровне 2,5·10 ⁻⁶ Торр за 40 секунд даст дозу 100 л.

Конверсия

Поскольку как разные давления, так и времена выдержки могут дать одно и то же ленгмюровское значение (см. определение), может быть сложно преобразовать ленгмюровское (L) в давление выдержки × время (Торр·с) и наоборот. Следующее уравнение можно использовать для легкого преобразования между ними: $xy[{\rm {L}}]=x\times 10^{-n}[{\rm {Torr}}]\cdot y\times 10^{n-6}[{\rm {s}}]$ Здесь, $x$ и $y$ любые два числа, произведение которых равно желаемому значению Ленгмюра, $n$ представляет собой целое число, позволяющее использовать при преобразовании различные величины давления или времени воздействия. Единицы представлены в [квадратных скобках]. Используя предыдущий пример, для дозы 100 л давление 2,5 × 10 ⁻⁶ Торр можно применять в течение 40 секунд, таким образом, $x=2.5$ , $y=40$ и $n=6$ . Однако эту дозу можно получить и с помощью 8 × 10 ⁻⁸ Торр за 1250 секунд, здесь $x=8$ , $y=12.5$ , $n=8$ . В обоих сценариях $xy=100$ .

Вывод

Облучение поверхности в физике поверхности — это тип флюенса , который представляет собой интеграл числового потока ( J _N ) относительно времени воздействия ( t ), что дает количество частиц на единицу площади ( Φ ):

\Phi =\int {J_{N}}\,{\rm {d}}t.

Числовой поток идеального газа, то есть количество молекул газа, проходящих через (в одном направлении) поверхность единичной площади в единицу времени, может быть получен из кинетической теории : ^{[ 3 ]}

J_{N}={\frac {C{\bar {u}}}{4}},

где C - числовая плотность газа, а ${\bar {u}}$ - это средняя скорость молекул ( а не среднеквадратическая скорость, хотя они связаны). Численная плотность идеального газа зависит от термодинамической температуры ( Т ) и давления ( р ):

C={\frac {N}{V}}={\frac {p}{kT}}.

Средняя скорость молекул газа также может быть получена из кинетической теории: ^{[ 4 ]}

{\bar {u}}={\sqrt {\frac {8kT}{\pi m}}},

где m — масса молекулы газа. Следовательно

J_{N}={\frac {C{\bar {u}}}{4}}=p{\sqrt {\frac {1}{2\pi kTm}}}.

Пропорциональность между числовым потоком и давлением строго справедлива только для данной температуры и данной молекулярной массы адсорбирующего газа. Однако зависимость имеет место только от квадратных корней m и T. из Эксперименты по адсорбции газа обычно проводятся при температуре окружающей среды с легкими газами, поэтому лэнгмюровский прибор остается полезным в качестве практической единицы.

Использование

Если предположить, что каждая молекула газа , попавшая на поверхность, прилипает к ней (т. е. коэффициент прилипания равен 1), то один ленгмюровский (1 л) приводит к покрытию примерно одного монослоя адсорбированных молекул газа. на поверхности ^{[ нужна ссылка ]}. В общем, коэффициент прилипания варьируется в зависимости от реакционной способности поверхности и молекул, так что Ленгмюр дает нижний предел времени, необходимого для полного покрытия поверхности.

Это также иллюстрирует, почему сверхвысокий вакуум (СВВ) необходимо использовать для изучения поверхностей твердого тела , наноструктур или даже отдельных молекул. Типичное время проведения физических экспериментов на поверхности образцов составляет от одного до нескольких часов. Чтобы сохранить поверхность чистой от загрязнений , давление остаточного газа в камере сверхвысокого давления должно быть ниже 10 ⁻¹⁰ Торр.

Ссылки

Люэт, Х. (1997), Поверхности и интерфейсы твердых материалов (3-е изд.), Springer .

^ Международный союз теоретической и прикладной химии (1993). Количества, единицы и символы в физической химии , 2-е издание, Оксфорд: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8 . п. 65. Электронная версия.
^ Альперт, Д. (1953). «Новые разработки в области производства и измерения сверхвысокого вакуума». Журнал прикладной физики . 24 (7). Издательство AIP: 860–876. Бибкод : 1953JAP....24..860A . дои : 10.1063/1.1721395 . ISSN 0021-8979 .
^ «Столкновения с поверхностью» . Архивировано из оригинала 28 мая 2008 г. Проверено 10 мая 2009 г.
^ «Функции распределения вероятностей скорости в трех измерениях и т. д.» . Архивировано из оригинала 8 февраля 2009 г. Проверено 10 мая 2009 г.

[1] Международный союз теоретической и прикладной химии (1993). Количества, единицы и символы в физической химии , 2-е издание, Оксфорд: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8 . п. 65. Электронная версия.

[2] Альперт, Д. (1953). «Новые разработки в области производства и измерения сверхвысокого вакуума». Журнал прикладной физики . 24 (7). Издательство AIP: 860–876. Бибкод : 1953JAP....24..860A . дои : 10.1063/1.1721395 . ISSN 0021-8979 .

[3] «Столкновения с поверхностью» . Архивировано из оригинала 28 мая 2008 г. Проверено 10 мая 2009 г.

[4] «Функции распределения вероятностей скорости в трех измерениях и т. д.» . Архивировано из оригинала 8 февраля 2009 г. Проверено 10 мая 2009 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]