Самостійна робота 10

Поверхневі явища напівпровідника

Поверхневі явища, вираження особливих властивостей поверхневих шарів, тобто тонких шарів речовини на кордоні зіткнення тіл (середовищ, фаз). Ці властивості обумовлені надлишком вільній енергії поверхневого шару, особливостями його структури і складу. П. я. можуть мати чисто фізичний характер або супроводитися хімічними перетвореннями; вони протікають на рідких (легкоподвіжних) і твердих міжфазних кордонах. П. я., пов'язані з дією поверхневого натягнення і що викликаються викривленням рідких поверхонь розділу, називаються також капілярними явищами . До них відносяться капілярне всмоктування рідин в пористі тіла, капілярна конденсація, встановлення рівноважної форми крапель газових міхурів, менісків. Властивості поверхні контакту двох твердих тіл або твердого тіла з рідким і газовим середовищами визначають умови таких явищ, як адгезія, змочування, тертя. Молекулярна природа і властивості поверхні можуть корінним чином змінюватися в результаті утворення поверхневих мономолекулярних шарів або фазових (полімолекулярних) плівок. Такі зміни часто відбуваються унаслідок фізичних процесів (адсорбції, поверхневої дифузії, розтікання рідини) або хімічної взаємодії компонентів дотичних фаз. Будь-яке «модифікування» поверхневого (міжфазного) шару зазвичай приводить до посилення або ослабіння молекулярної взаємодії між контактуючими фазами (див. Ліофільность і ліофобность ) . Фізичні або хімічні перетворення в поверхневих шарах сильно впливають на характер і швидкість гетерогенних процесів — корозійних, каталітичних, мембранних і ін. П. я. відбиваються і на типово об'ємних властивостях тіл. Так, зменшення вільної поверхневої енергії твердих тіл під дією адсорбційний активного середовища викликає пониження їх міцності (див. Ребіндера ефект ) .Особливу групу складають П. я., обумовлені наявністю в поверхневому шарі електричних зарядів: електроадгезійні явища,електрокапілярні явища, електродні процеси. Фізичні або хімічні зміни в поверхневому шарі провідника або напівпровідника істотно позначаються на роботі виходу електрона. Вони також впливають на П. я. у напівпровідниках (поверхневі стани, поверхневу провідність, поверхневу рекомбінацію), що відбивається на експлуатаційних характеристиках напівпровідникових приладів (сонячних батарей, фотодіодів і ін.). П. я. мають місце в будь-якій гетерогенній системі, що складається з двох або декількох фаз. По суті весь матеріальний світ — від космічних об'єктів до субмікроскопічних утворень — гетерогенний. Як гомогенні можна розглядати системи лише в обмежених об'ємах простору. Тому роль П. я. у природних і технологічних процесах надзвичайно велика. Особливо важливі П. я. у колоїдно-дисперсних (мікрогетерогенних) системах, де міжфазна поверхня найбільш розвинена. З П. я. зв'язана сама можливість виникнення і тривалого існування таких систем. До П. я. удисперсних системах зводяться основні проблеми колоїдній хімії . У взаємозв'язку броунівського руху і П. я. протікають всі процеси, що приводять до зміни розмірів часток високодисперсної фази ( коагуляція, коалесценція, пептизація,емульгування). У грубодисперсних і макрогетерогенних системах на перший план виступає конкуренція поверхневих сил і зовнішніх механічних дій. П. я., впливаючи на величину вільної поверхневої енергії і будову поверхневого шару, регулюють зародження і зростання часток нової фази в пересичених парах, розчинах і розплавах, взаємодія колоїдних часток при формуванні різного роду дисперсних структур . На глибину і спрямування процесів, обумовлених П. я., часто вирішальним чином впливають поверхнево-активні речовини, адсорбції, що міняють в результаті, структуру і властивості міжфазних поверхонь. Основи сучасної термодинаміки П. я. створені американським фізікохиміком Дж. Гіббсом . В працях радянських учених П. А. Ребіндера, А. Н. Фрумкина, Би. Ст Дерягина, А. Ст Думанського отримали розвиток теоретичні уявлення про природу і молекулярний механізм П. я., що мають важливе практичне значення.