Mekaniskt stimulerad gasemission
Mekaniskt stimulerad gasutsläpp
Fenomenologi
Mekaniskt stimulerad gasemission (MSGE) är ett komplext fenomen som omfattar olika fysikaliska och kemiska processer som sker på ytan och i huvuddelen av ett fast ämne under pålagd mekanisk påfrestning och som resulterar i utsläpp av gaser. MSGE är en del av ett mer allmänt fenomen av Mechanically Stimulated Neutral Emission (MSNE). De specifika egenskaperna hos MSGE jämfört med MSNE är att de emitterade neutrala partiklarna är begränsade till gasmolekyler. MSGE är motsatsen till Mekaniskt Stimulerad Gas Absorption som vanligtvis uppstår under slitande korrosion av metaller, exponering för gaser vid höga tryck, etc. Det finns tre huvudsakliga källor till MSGE:
- I. Gasmolekyler adsorberade på ytan av en fast
- IIa. Gaser lösta i materialet bulk
- IIb. Gaser tilltäppta eller instängda i mikro- och nanovoider, diskontinuiteter och på defekter i materialbulken
- III. Gaser som genereras som ett resultat av mekanisk aktivering av kemiska reaktioner.
Generellt, för att producera MSGE, kan den mekaniska verkan på det fasta ämnet vara av vilken typ som helst, inklusive spänning, kompression, vridning, skjuvning, gnidning, nötning, rullning, fördjupning, etc. I tidigare studier utförda av olika grupper har det visat sig att MSGE är förknippas främst med plastisk deformation, brott, slitage och andra irreversibla modifieringar av ett fast ämne. Under elastisk deformation är MSGE nästan försumbar och observerades endast strax under elastisk gräns på grund av möjlig mikroplastisk deformation. Enligt huvudkällorna innehåller de utsläppta gaserna vanligtvis väte (källa typ IIa), argon (för beläggningar erhållna med PVD i Ar plasma - källtyp IIb), metan (källa typ III), vatten (källa typ I och/eller III), kolmono- och dioxid ( källa typ I/III). Kunskapen om mekanismerna för MSGE är fortfarande vag. På basis av de experimentella resultaten spekulerades det i att följande processer kan relateras till MSGE:
- Transport av gasatomer genom rörliga dislokationer
- Gasdiffusion i bulken drivs av gradient av mekanisk stress
- Fasomvandling inducerad av deformation
- Avlägsnande av oxid och andra ytskikt, som förhindrar utsläpp av lösta atomer på ytan
- Förlängning av fri yta
Termisk effekt verkar vara irrelevant för gasemissionen under lätta belastningsförhållanden.
Terminologi
Den framväxande karaktären hos denna tvärvetenskapliga gren av vetenskap återspeglas av bristen på etablerad terminologi. Det finns olika termer och definitioner som används av olika författare beroende på vilken huvudsaklig metod som används (kemisk, fysikalisk, mekanisk, vakuumvetenskap, etc.), specifik gasemissionsmekanism (desorption, emanation, emission, etc.) och typ av mekanisk aktivering ( friktion, dragkraft, etc.):
- Mekaniskt stimulerad avgasning (MSO)
- Tribodesorption
- Triboemission,
- fraktoemission
- Atom- och molekylemission
- Avgasning stimulerad av friktion
- Avgasning stimulerad av deformation
Desorption (tribodesorption, fraktodesorption, etc.) avser frigöring av gaser lösta i bulken och adsorberade på ytan. Därför är desorption bara en av de bidragande processerna till MSGE. Avgasning är en teknisk term som vanligtvis används inom vakuumvetenskap. Sålunda omfattar termen "gasemission" olika processer, reflekterar den fysiska naturen hos detta komplexa fenomen och är att föredra för användning i vetenskapliga publikationer.
Experimentella observationer
På grund av låg emissionshastighet bör experiment utföras i ultrahögt vakuum ( UHV ). I vissa studier var materialen tidigare dopade med tritium . MSGE-hastigheten mättes sedan genom radioaktivitetsresultat från materialet under applicerad mekanisk belastning.