3.4. Сорбция.

Как уже отмечалось в предыдущем параграфе, любая по-

верхность, вещества обладает свободной энергией поверхности

(СЭП).

Все поверхностные явления сводятся к взаимодействию

атомов и молекул,которые происходят в двумерном пространстве

при непосредственном участии СЭП. Любую твердую поверхность

можно представить себе как "универсальный магнит", притягива-

ющий любые частицы, оказавшиеся поблизости. Отсюда вывод: по-

верхность любого твердого тела обязательно "загрязнена" моле-

кулами воздуха и воды. Опыт показывает ,что чем выше степень

дисперсности данного тела, тем больше количество частиц дру-

гого тела оно поможет поглотить своей поверхностью.Процесс

самопроизвольного"сгущения" растворенного или парообразного

вещества (газа) на поверхности твердого тела или жидкости но-

сит название с о р б ц и и . Поглащоющее вещество называется

с о р б е н т о м , а поглощаемое с о р б т и в о м .

Процесс , обратный сорбции называется д е с о р б ц и

е й. В зависимости от того насколько глубоко проникают части-

цы на адсорцию,когода вещество поглощается на поверхности те-

ла, и абсорцию,когда вещество поглощается всем объемом тела.

В зависимости от характера взаимодействия частиц сорбента и

сорбтива, сорбция физическая (взаимодействие обусловлено си-

лами когезии и адгезии т.е. силами Ван-дер-Ваальса) и хими-

ческая,или ее еще называют, хемосорбция;

3.4.1. Особое положение занимает сорбционный процесс,

называемый к а п и л л я р н о й к о н д е н с а ц и е й.

Сущность этого процесса заключается не только в погло-

щении, но и в конденсации твердым пористым сорбентом, напри-

мер, активизированным углем газов и паров.

Из всех перечисленных выше сорбционных явлений наиболь-

шее значение для практики имеет адсорбция. Чем менее энерге-

тичны молекулы, тем легче они адсорбируются на твердой по-

верхности. С уменьшением температуры адсорбата (газа)

адсорбация увеличивается, а с увеличением температуры -

уменьшается.

При адсорбации молекулы газа, сталкиваясь с поверх-

ностью прекращают движение. Значит: они теряют энергию, а

"лишняя" энергия должна выделяться. Вот почему при физической

адсорбации выделяется тепло. Причем: последний процесс, если

он идет в закрытом обьеме, сопровождается понижением давления

газа. При десорбации же давление газа - сорбтива увеличивает-

ся, при этом идет поглощение энергии. Это свойство используют

в некоторых теплосиловых установках.

А.с. Н 224743: Двухфазное рабочее тело для компрессора

теплосиловых установок, состоящее из газа и мелких час-

тиц твердого тела, отличающееся тем, что с целью допол-

нительного сжатия газа в холодильнике и компрессоре и

дополнительного расширения в нагревателе в качестве

твердой фазы использованы сорбенты с общей или избира-

тельной поглотительной способностью.

Очень интересные явления и эффекты происходят при ад-

сорбции на поверхности полупроводников.

3.4.2. Ф о т о а д с о р б ц и о н н ы й э ф ф е к т -

Это зависимость адсорбционной способности адсорбента - полуп-

роводника от освещения. При этом эта способность может увели-

чиваться положительный и уменьшаться (отрицательный фотоад-

сорбционный эффект). Эффект можно использовать, например, для

регулирования давления в замкнутом обьеме.

3.4.3. Влияние э л е к т р и ч е с к о г о п о л я

на а д с о р б а ц и ю. Это зависимость адсорбционной способ-

ности от величины приложенного электрического поля. Влияет на

фотоадсорбционный эффект. Поле прилагают перпендикулярно по-

верхности полупроводника - адсорбента.

3.4.4. А д с о р б л ю м и н е с ц е н ц и я -

Это люминесценция, возбуждаемая не светом, а самим актом ад-

сорбции. Свечение длится до тех пор, пока идет процесс ад-

сорбции, и погасает, коль скоро адсорбция прекращается. Яр-

кость свечения пропорциональна скорости адсорбции. Цвет

свечения при адсорблюминисценции, как правило, тот же, что и

при фотолюминесценции, т.е. определяется природой активатора,

введенного в полупроводник, и вовсе не зависит от природы ад-

сорбируемого газа. Адсорболюминесцеция является одним из ви-

дов х е м о л ю м и н е с ц е н ц и и (15.4).

3.4.5. Р а д и к а л о - р е к о м б и н а ц и о н н ая

л ю м и н е с ц е н ц и я (Р-РЛ).

На поверхности полупроводника могут рекомбинировать

приходящие из газовой фазы радикалы, напрмер, атомы водорода.

При этом происходит свечение полупроводника, которое длится

до тех пор, пока на поверхности идет реакция рекомбинации.

При Р-РЛ, как и при адсорболюминесцеции, испускаются те же

частоты, что и при фотолюминесценции. Они образуют полосу,

которую называют обычно основной полосой. Следовательно, цвет

обминесценции меняется при смене активатора, не зависит от

природы активатора, но меняется при смене газа, участвующего

в реакции.(например, при замене водорода кислородом). Обе по-

лосы в известной мере накладываются друг на друга.

Мы видим на примерах адсорболюминесценции и радикалоре-

комбинационной люминесценции, как электронные процессы в по-

лупроводнике оказываются связанными с химическими процессами,

протекающими на его поверхности.

В результате адсорбции поверхность полупроводника заря-

жается. При адсорбции акцепторов она заряжается отрицательно,

а доноров - положительно.

3.4.6. А д с о р б ц и о н н а я э м и с с и я.

Работа выхода электрона может изменяться под действием

адсорбции. Это зависит от того, заряжается ли поверхность при

адсорбции положительно или отрицательно, т.е. от природы ад-

сорбируемого газа. В первом случае работа выхода снижается,

во втором - возрастает. По тому, как она изменяется, часто

можно судить о составе газовой фазы. Давление газовой фазы

также влияет на работу выхода.

3.4.7. В л и я н и е а д с о р б ц и и н а

э л е к т р о п р о в о н о с т ь п о л у п р о-

в о д н и к а.

Электропроводность поверхности полупроводника монотонно

изменяется по мере хода адсорбции, но не достигает некоторого

постоянного значения. Часто за процессом можно следить по из-

менению электропроводности. Адсорбция вызывает увеличение или

уменьшение электропроводности полупроводника в зависимости от

того, какой газ (акцепторный или донорный) адсорбируется и на

каком полупроводнике (электронном или дырочном).

Напрмер, кристаллы двуокиси олова изменяют свою прово-

димость в присутствии водорода, окиси углерода, метана,

бутана, пропана, паров бензина, ацетона, спирта. Нагре-

вание кристалла изменяет величину этого эффекта. Это

колличественное различие может быть зафиксировано чувс-

твительным прибором. Можно представить себе аппарат, в

котором изменение электрических свойств кристалла при

появлении в воздухе искомого вещества дает импульс сиг-

нальному устройству отградуированному определенным об-

разом в зависимости от назначения.