1.3.2 Інші методи вимірювання роботи виходу.

Для вимірювння поверхневих потенціалів газів, адсорбованих на металевих поверхнях, зокрема на напилюваних металевих плівках, широко використовується діодний метод. Звичайно спосіб вимірювання заснований на тому, що анодний струм електровакуумного діода, що працює або в режимі затримуючого потенціалу, або в режимі обмеження струму просторовим зарядом, можна представити у вигляді

(1.22)

де — анодний струм, V_a — напруга, прикладена до анода, — робота виходу анода, — монотонна функція. Якщо тепер для одержання анодної вольт-амперної характеристики побудувати залежність 1_а від V_a при вимірах як на чистій поверхні, так і на поверхні з адсорбованим газом, то обидві криві будуть мати вигляд

(1.23)

(1.24)

За умови, що в процесі адсорбції на аноді діода функція не змінюється, можна отримати дві паралельні криві. Відстань між цими кривими в напрямку V_a повсюди дорівнює

(1.25)

Замість того, щоб проводити повторні виміри вольт-амперних характеристичних залежностей, експериментально простіше підтримувати в процесі адсорбції постійне значення струму 1_а й вимірювати зміну напруги V_a

Наявність гарячої нитки розжарення й емісія електронів з неї обмежують можливості використання діода. Зокрема, його не можна використовувати

а) при високих тисках газу;

б) у випадку, коли на гарячій нитці можуть відбуватися хімічні реакції;

в) там, де емітовані електрони можуть взаємодіяти з адсорбатом.

Можливість хімічних реакцій на гарячій нитці обмежує область тисків газу й число газів, для яких вимірювання поверхневого потенціалу можуть бути проведені діодним методом. Хімічно активні гази, такі як кисень, можуть викликати корозію нитки розжарення діода, змінюючи тим самим її резистивні й емісійні властивості. Використовуючи метали Ir і Re як матеріали для катодів дає можливість вирішити цю проблему. Таким чином досліджена адсорбція кисню на поверхні Аu . Більш чутливі молекули, такі, наприклад, як СН₄, С₂Н₂, С₂Н₄ і С₂Н₆, не можна вивчати діодним способом через можливість їх піролізу на гарячому катоді. Так само багато труднощів при дослідженні адсорбції молекулярного водню, оскільки нагрітий катод викликає дисоціацію молекули Н₂. Ці труднощі можна зменшити, використовуючи катоди з низькою роботою виходу, такі, як LaB6, покритий Re, які можуть працювати при значно більш нижчих температурах.

Позитивними сторонами діодного методу є його простота і відсутність проблеми забруднення електрода порівняння. Основні недоліки пов'язані з низьким рівнем максимального тиску газів, при якому цей метод може бути застосований. Крім цього, при дослідженні доводиться обмежуватися адсорбатами, які хімічно не взаємодіють із ниткою На практиці використовуються чотири основних методичних різновиди застосування діодного методу:

1) метод електронного пучка;

2) сферичний або циліндричний діод;

3) діод з пересічними нитками;

4) діод зі скануючим пучком.

Також для вимірювання поверхневих потенціалів використовують метод польової емісії [1]. Його реалізують за допомогою польового електронного мікроскопа, оскільки струм тунелюючих електронів залежить від роботи виходу вістря, що емітує. При цьому можна вимірювати не тільки роботу виходу самого емітера, але й зміну роботи виходу або поверхневий потенціал.

Метод повного струму. Повний струм емісії з катода, або ж струм насичення І_S , що його емітує термокатод з поверхнею S,

(1.26)

Підставивши числові значення вихідних величин, одержимо

(1.27)

де lgA₀= 2,025. Оскільки значення майже для всіх елементів невідоме, то з формули (1.27) не можна точно визначити φ(Т). Однак можна знайти найближче значення φ_п.с, якщо припустити =1, тобто

(1.28)

формулу (1.28) використовують на практиці для визначення роботи виходу металів, бо вона дає змогу обчислити еφ_п.с, за двома простими вимірюваннями: температури Т та струму насичення емітера Is для заданої температури Т.

Оскільки насправді D < 1, отже lg D < 0, то визначена таким способом робота виходу φ_{п.с ,} завищена порівняно з її дійсним значенням еφ_р

(1.29)

Фактично помилка у вимірюванні еφ_р методом повного струму становить сотні частки електрон-вольта. З використанням еφ_п.с рівня для густини насичення термоемісійного струму можна переписати у вигляді

(1.30)

Згідно з (1.29) φ_п.с являється єдиною комбінованою характеристикою термоемісійних властивостей емітера при даній температурі

Метод прямих Річардсона описаний детально в [2]. Якщо температурну залежність роботи виходу можна апроксимувати лінійною функцією

(1.31)

то рівняння для термоструму приймає вигляд

(1.32)

де

(1.32)

Залежність від має відображатись прямою лінією, тангенс нахилу якої до осі абсцис рівна (Рис. 1.7)

Рис.1.7. Пряма Річардсона.

Знайдена таким чином величина називається річардсонівською роботою виходу. Перевагою даного методу є те, що значення величини роботи виходу не спотворене впливом неврахування коефіцієнта прозорості поверхні, однак вона не дорівнює істинній роботі виходу. Методична похибка рівна: . У випадку коли і навпаки при

Калориметричний метод базується на тому, що емісія електронів термокатодом пов’язана з затратою енергії теплоти випаровування електронів, яка залежить від роботи виходу катода.

Отримана даним методом величина роботи виходу є істинною і не спотворена ані впливом температурної залежності, ані відсутністю знань про коефіцієнт прозорості .

Однак реалізація даного методу достатньо складна, тому цей метод використовують рідко [2].

Також існують фотоелектричні методи вимірювання роботи виходу й деякі інші, на яких зупинятись не будемо.