Файл: Казаков Б.И. Благородные металлы служат человеку.pdf

энергии. От распыления катализатора в такой трубе-ка­ мере отказались не только из-за того, что это расточи­ тельно, но и по той причине, что, выбрасываясь из дви­ гателя, катализатор «поджигал» бы окружающий воздух, лишив тем самым самолет его двигательной силы. Конст­ рукторы остановились на другом решении: поместить в трубе вольфрамовую решетку, покрытую золотом. На­ учный поиск в этом направлении продолжается.

ЗОЛОТО В ЭЛЕКТРОННОЙ И ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ТЕХНИКЕ

Когда мы говорили о «золотых печатях», то указывали, что они пригодны для некоторых типов радиоламп. Среди последних много и таких, которые требуют более проч­ ных соединений. Радиолокация, телевидение, передаю­ щие устройства в таких лампах очень нуждаются. Раз ­ нообразие применяемых металлов и сложность их конст­ рукции заставляют прибегать к пайке. Далеко не всякий припой пригоден для этой цели. Такие металлы, как цинк и кадмий, исключены из их состава ввиду того, что при большом нагреве лампы они могут осаждаться на конструктивно важных местах, разрушать катод и ухуд­ шать вакуум. Существует набор припоев для пайки ра­ диоламп, в котором предусмотрены для каждого из них определеппые температуры плавления. Особое место сре­

ные сплавы, но наряду с ними применение получили и зо­

что он в отличие от других иепластичен. Его не удается получить в виде прутка или проволоки, а применять при­ ходится только в порошкообразном состоянии. Несомнен­ ным достоинством этих припоев является то, что они хо­ рошо выдерживают вакуум и атмосферу водорода.

62

В радиопампе, как известно, имеются катод и апод. При нагреве ее происходит эмиссия электронов, т. е. вы­

металлы, в частности молибден. Последние работы пока­ зали, что золото может иаііти применение в радиолампах

потенциалов, то также можно наблюдать эмиссию элек­ тронов, но в отличие от обычной не при большом нагре­ ве, а почти при комнатной температуре. Это свойство зо­ лотого слоя открывает широкие возможности в производ­ стве электронных ламп нового типа.

Хорошо известно, что в ряде случаев радиолампы за­ меняются полупроводниками. Полупроводниковая техни­ ка имеет дело со сверхчистыми материалами, для полу­ чения которых требуется исключительно тонкая техно­ логия. Немалое место в этой технологии отведено золоту. Прежде всего это относится к получению чистых кристал­ лов полупроводников, таких как кремний и германий.

Кристаллизацию можно провести из раствора, по, как показала практика, гораздо выгоднее кристаллизация из расплава. Так, кристаллы чистого кремния получают из 6%-иого его расплава в золоте. Скорость роста кристал­ лов из расплава значительно повышается. Такой способ приобретает особое значение при получении профилиро­ ванных кристаллов в форме тонких стержней, проволоки, пластинок и подобных заготовок.

Любопытен метод выращивания «усов» — кристаллов нитевидной формы. Центральное место здесь принадле­ жит золоту. Схематично он заключается в следующем. На пластинке монокристаллического кремния расплав­ ляют маленькие кусочки золота. Ввиду того что при этом кремний частично растворяется в золоте, к а ж д а я капля будет представлять собой насыщенный раствор. Над кап­ лями пропускают смесь газов: четыреххлористого крем­ ния и водорода. Происходит каталитическое восстановле­ ние кремния водородом из первого газа. Этот восстанов­ ленный кремний поступает в расплавленную каплю золота. Раствор в ней становится пересыщенным, и крем­ ний кристаллизуется на поверхности подложки. Так как

63

смесь газов продолжают пропускать над пластинкой, то происходит рост кристалла, который поднимает на себе капельку золотого расплава. В итоге образуется нитевид­ ный кристалл, по сечению своему точно соответствующий диаметру капли. Таким образом, как мы видим, происхо­ дит кристаллизация из пара через «передаточную жид­ кость» — золотую каплю.

Д л я того чтобы выяснить кристаллическую структуру металла, его поверхность подвергают травлению кисло ­ тами, после чего рассматривают ее в отраженном свете через металлографический микроскоп. Полупроводнико­ вые материалы также нуждаются в подобном иссле­ довании: важно знать не только структуру, но и ориента­ цию кристаллов. Однако травильные растворы, применя­ ющиеся в первом случае, для выявления структуры полупроводников непригодны. Травление полупроводни­ ковых материалов проводят расплавленными металлами, что позволяет производить замеры с большей точностью. Наряду с индием, галлием, алюминием, свинцом, оловом одним из таких металлов-травителей для германия явля ­ ется золото.

Д л я некоторых нужд кристаллы полупроводников ле­ гируются — в их поверхность вводятся небольшие коли­ чества постороннего элемента. В качестве присадки в кри­ сталлах кремния и германия применяют и золото. Ните­ видные кристаллы-стерженьки приходится присоединять к проводнику. Это осуществляется с помощью золота или его сплава с германием.

Полупроводниковая технология требует чуть ли не фантастической тонкости и четкости. Трудно отличить ее от чисто научного эксперимента.

ЗОЛОТО В НАУЧНЫХ ОТКРЫТИЯХ

Прославленный английский химик Г. Дэви, как и весь научный мир того времени, был заинтересован замеча­ тельным экспериментом В. Никольсона и А. Карлейля . В 1800 г. удалось разложить воду на ее составные части воздействием электрического тока. Неясен для ученых был тогда вопрос, откуда в обыкновенной воде, когда че­ рез нее проходил электрический ток, появляются кислоты или щелочи. Многие склонялись к тому мнению, что ток сам создает кислоты и щелочи. Дэви отрицал это. Он был

64

убежден, что последние образуются из ничтоядаейших примесей, содержащихся как в металле пластин (элек­ тродов), так и в стекле сосуда. Чтобы разрешить вопрос, Дэви изготовил сосуд для воды из чистого золота, поме­ стил его под колпак и откачал воздух. По включении то­ ка пошел электролиз, но кислоты и щелочи в электролите не появились. За свой доклад об опыте с золотой ванной, полученный 20 ноября 1806 г. Королевским научным об­ ществом (английская Академия н а у к ) , молодой ученый был награжден во Франции золотой медалью и премией имени Вольта. В последующих своих экспериментах Дэви часто обращался к платине, как индеферентному металлу. Почему ж е тогда он избрал золото? По той простой при­ чине, что платина тогда еще мало была изучена и золото в то время было наиболее инертным металлом. Едва ли можно сказать, что Дэви был оригинален в этом исполь­

ло лишь качественным определением. В 1797 г. англий­ ский химик Теннан весовым анализом установил, что ал­

Когда была открыта радиоактивность, то весь ученый мир был заинтересован природой лучей, испускаемых ра­ дием. П. Кюри, испытывая влияние на эти лучи магнит­ ного поля, нашел, что бета-лучи при этом резко изгиба­ ются, а альфа-лучи летят прямо вперед. Резерфорд решил повторить это исследование, но более тонко. Одним из приемов улучшения чувствительности в опыте Резерфорда было использование сконструированного им электро­ скопа с золотыми листочками. Легкий золотой листочек, подвешенный на петельке, предварительно получал элек­ трический заряд и отклонялся на какой-то угол от вер­ тикального положения. Конструируя свой электроскоп, Резерфорд использовал открытие де Фая, сделанное им еще в 1733 г. Этот ученый установил тогда, что тонкие листки золота отталкиваются от натертого шелком стекла и в то ж е время притягиваются к копалу (вид смолы), на­ тертому шерстью. От этого опыта и пошло тогда опреде­ ление «стеклянного» и «смоляного» электричества, что в нашем понятии соответствует положительному и отри­ цательному заряду. Пропуская через щели, расположен-

пые под электроскопом, альфа-частицы, Резерфорд дости­ гал ионизации атомов водорода, в атмосфере которого проводился опыт, и наблюдал, как ионами снимался заряд с золотого листочка, и он принимал вертикальное поло­ жение. С помощью шкалы, отмечающей скорость опуска­ ния листочка, Резерфорд смог определить интенсивность альфа-излучения. Накладывая магнитное поле, он наблю­ дал, что скорость опускания золотого листочка уменьша­ ется, что говорило об отклонении альфа-лучей в сторону. С помощью золотого листочка ученый установил, что аль­ фа-частицы заряжены положительно, что они обладают значительно большей массой, чем бета-частицы, что они двигаются с огромными скоростями.

В дальнейшем Резерфорд сумел показать, что альфачастицы — не что иное, как ионизированные атомы гелия. Работы этого ученого привели к переоценке существовав­ ших тогда понятий о строении вещества. Начались ж е они

как можно меньшей толщины. Пластичность золота как нельзя лучше соответствовала этому требованию. Ведь у старинных мастеров листочки золота толщиной, соиз­ меримой с толщиной листа бумаги, были всего лишь ис­ ходным продуктом для изготовления фольги.

Продолжая свои эксперименты, Резерфорд вместе с Гейгером сконструировали трубку, в которой на пути прохождения альфа-частиц помещался диск с щелевидным отверстием. И з трубки выкачивали воздух, и на тор­ цовой ее части устанавливали экран, покрытый сульфи­ дом цинка. Через микроскоп можно было наблюдать, как на экране вырисовывается резко очерченная полоска све­ та, соответствующая щелевидному отверстию. Это отвер­ стие в опыте закрывалось золотым листом, и тогда поло­ ска света расплывалась, теряя свои очертания. Вывод на­

«вроде пудинга с изюмом». Электроны были равномерно распределены по всей массе атома. Опыт Резерфорда по-

66

насквозь, отражалась и попадала па экран, вызывая сцинтилляционную вспышку. К а к выразился сам Резерфорд, «это было почти неправдоподобно, как если бы В ы вы­ стрелили пятнадцатифунтовым снарядом в листок папи ­ росной бумаги, и снаряд отскочил бы обратно и поразил Вас». Предстояло выяснить, от поверхности ли золота отражаются альфа-частицы или они проникают в толщу ме­ талла. Стали укладывать золотые листочки пачками и наш ­ ли, что чем толще пачка, тем больше рассеяние альфачастиц. Ответ был однозначным: альфа-частицы прони­ кают в атомы металла и там наталкиваются на какую-то преграду, способную мощным толчком отбросить их. Так Резерфорд пришел к представлению о положительно за­ ряженном ядре атома, сосредоточившим в себе всю основ­ ную его массу, и об электронах, расположенных от ядра па значительных расстояниях. Во всех этих эксперимен­ тах вспомогательным материалом было золото.

Почему ж е именно к нему обратился Резерфорд? Это

Чем выше был атомный вес металла, тем большее число альфа-частиц от него отражалось. Какой же из металлов мог лучше соответствовать этому требованию? Осмий, иридий, платина имеют меньший атомный вес, чем золо­ то. Самые тяжелые металлы — уран и торий д л я этой це­ ли явно ие подходили, так как сами были радиоактивны­

золото, ртуть, свинец и висмут. Из двух последних приго­ товить фольгу очень нелегко. Ртуть — жидкость. Остава­ лось золото — металл с высокой пластичностью. Конеч­ но, Резерфорд не ограничивался золотым отражателем, он пробовал и платину, и олово, и серебро, и медь, и железо.