Файл: Евдокимов, В. Д. Экзоэлектронная эмиссия при трении.pdf

зало, что затухание эмиссионной способности свежеобразованной по­

дение поверхности почти полностью прекращает эмиссионный процесс,

сия представляла собою "индуцированный фотоэффект" (термин Краме ­ ра) . По-видимому, многие авторы не учитывали рассеянный свет, ко ­ торый мог обусловить эмиссию. Предположение о химической природе экзоэлектронной эмиссии не потеряло своего значения и в настоящее время, его используют авторы сравнительно недавно опубликованной работы [47] ,

Гипотеза, объясняющая экзоэлектронную эмиссию понижением рабо­

работой выхода, из которых эмиттируют электроны. Понижение работы выхода, по их мнению, происходит за счет перемешивания окисла и металла при зачистке. Эксперименты, устанавливающие понижение ра ­ боты выхода электрона из металла при взаимодействии с активными газами (кислород, галогены), описаны в работах [49-52]. Подробные сведения об этих экспериментах собраны в работе [53], автор которой рассматривает эмиссию из покрытых окислами термо- и фотокатодов как незатухающую форму экзоэлектронной эмиссии. Следует отметить, что понижение работы выхода происходило только после определенной термической активации - прогрева оксиленной поверхности в вакууме. При прогреве кислород внедряется под верхний слой металла. Образу­ ющийся на поверхности двойной электрический слой 0~ - М е + снижает поверхностный потенциальный барьер. Если же не производить акти­ вации, то адсорбция электроотрицательных газов всегда повышает потенциал'поверхности. Так как экзоэлектронная эмиссия наблюдается в нормальных атмосферных условиях, без подобной термической акти­ вации, то приведенные выше взгляды не объясняют ее природу.

В.Шаффс [ 54] несколько видоизменяет объяснение эффекта. Его и з ­ мерения поверхностного потенциала при постепенном окислении метал ­ лической поверхности показали периодическое изменение работы выхо­ да электрона по мере наращивания окисных слоев. Зачистка поверхно­ сти приводит .к появлению царапин, трещин в окисном слое. Под дейст­ вием периодически изменяющихся полей на стенках трещин возможно появление холодной эмиссии. Предложенный Шаффсом механизм эмиссии хорошо объясняет эффекты при зачистке окисленных поверхностей, но

8

Попутно отметим, что эмиссия электронов наблюдалась при дробле­

эмиссии-эффекта Малтера, применим только к диэлектрикам.

Модель электрически заряженной микрощели. Модель предложена

Суякрм [59-69]. С помощью этой модели удалось объяснить многие особенности экзоэлектронной эмиссии, возникающей в процессе пласти­ ческой деформации окисленного алюминия.

переходного слоя электроны эмиттируют в щель. По мере опустошения ловушки вновь заполняются туннелированием электронов из металличе­ ской подложки. Однако выходу электронов из трещин мешает попереч­ ное электрическое поле. Поэтому эмиссия наблюдается при определен­ ном соотношении между шириной щели В и толщиной окисла D. Отсю­ да и объяснение того экспериментального факта, что эмиссия наблю­ дается, начиная с определенной степени деформации, и зависит от тол­ щины окисла. Параметр B/D является мерой эмиссионной способности. Кроме того, становится понятным, как подсветка и внешнее электриче­ ское поле, перпендикулярное поверхности металла, уменьшают началь­ ную деформацию, при которой становится возможной эмиссия.

Действительно, оба этих фактора облегчают выход электрона из ще—, ли. Подобная модель была подтверждена лишь опытами на пластически деформированном алюминии, на других металлах такие эксперименты не проводились. Более поздние исследования тех же авторов на образцах из никеля и алюминия заставили их несколько видоизменить модель, предположив, что электроны эмиттируют не со дна, а со стенок микро­ щели [66,67] . Таким образом, наметился возврат к представлениям Шаффса [ 5 4 ] . Следует подчеркнуть, что в рассмотренной выше модели остаются совершенно неясными основные звенья. В первую очередь это относится к механизму заполнения и опустошения ловушек в переход­ ном слое и к строению энергетических зон самого переходного слоя. Возможно, что эффект экзоэлектронной эмиссии на пластически дефор­ мированных образцах алюминия и магния объясняется особым строени­ ем энергетических зон переходного слоя металл-окисел.

Гипотеза, объясняющая экзоэлектронную эмиссию как процесс, управ­

9

никает. В последнем случае суммарная энергия вакансии и светового кванта становится достаточно большой для возбуждения эмиссии

t v + nu > ф .

Механизм диффузии вакансий, объясняющий природу экзоэлектронной эмиссии, получил развитие в дальнейших работах [45, 71-73]. Особенно интересна работа [71], в которой сопоставляются изменения во време ­ ни экспериментально найденной интенсивности экзоэлектронной эмиссии

пренебрежимо малы по сравнению с предыдущими членами, то эмпири­

но не учитывают, что для возбуждения экзоэлектронной эмиссии необ­ ходимо постоянное присутствие кислорода. Поэтому в последующих ра ­ ботах [ 25, 74], в которых проверялась эта гипотеза, подвергается сомнению механизм переноса вакансий как основной фактор, объясня­ ющий экзоэлектронную эмиссию. Было отмечено, что скорость з а т у х а ­ ния экзоэлектронной эмиссии обусловлена взаимодействием окружающего газа с поверхностью металла, и кинетика экзоэлектронной эмиссии опре­ деляется не дрейфом вакансий, а адсорбционно-окислительными процес­ сами. Поэтому для объяснения механизма экзоэлектронной эмиссии предложена компромиссная гипотеза, по которой вакансии дрейфуют к поверхности и, достигнув ее, становятся центрами адсорбции или окис­ ления [45] При этом высвобождается потенциальная энергия, связан-

10

ная с вакансией. Но такая точка зрения возвращает нас к гипотезе хемоэмиссии с той лишь разницей, что вакансия оказывается инициа­ тором окислительного процесса.

Другой подход к решению вопроса о взаимосвязи экзоэлектронной эмиссии и деформационных дефектов, возникающих после механической обработки металлов, намечен в работах [75-78]. Показано, что дефор­

возникнуть после деформации в связи с уменьшением работы выхода. После деформации со временем происходят упорядочение кристалличе­ ской решетки металла, дрейф к поверхности и аннигиляция вакансий;

обнаружили эмиссию фотоэлектронов в длинноволновой области за крас ­

передаться путем прямого взаимодействия (подобного оже-эффекту) ка ­

11