Способ демонстрации рельефа зоны проводимости металла и блок переменного по массе электрода

3
1. Способ демонстрации рельефа зоны проводимости металла, отличающийся тем, что из исследуемого металла изготавливают электроды, различающиеся объемом, превосходящим 1 мм, приводят каждый электрод в контакт с ионной жидкостью, задают потенциал электрода, регистрируют производную поверхностного натяжения электрода по поверхностной плотности заряда электрода как функцию потенциала электрода, определяют область потенциала, соответствующую положительному заряду электрода, и в этой области у полученной функции находят последовательность ступеней, которую рассматривают как образ последовательности дискретных состояний зоны проводимости металла, на одном и том же интервале потенциала электрода сравнивают числа ступеней, найденные на электродах различного объема, совпадение найденных чисел ступеней интерпретируют как доказательство независимости интервалов между дискретными состояниями зоны проводимости металла от объема, занимаемого этим металлом.
3
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанную независимость связывают с пространственным ограничением действия принципа Паули, допускают существование предельного объема, в котором возможно классическое расщепление вырожденных уровней энергии и который заведомо меньше чем 1 мм, характеризуют указанный предельный объем радиусом равновеликого шара, именуемым радиусом расщепления.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отмечают превосходство безразмерного наклона указанной функции над единицей, рассматривают это превосходство как признак электрострикции диэлектрического наружного монослоя атомов металла, разделяющего поверхностный заряд на внешний и внутренний заряды, сообщающиеся путем туннельного переноса электронов, ступенчатый вид указанной функции объясняют повторением туннельного переноса при последовательном сближении потенциала электрода с расположенными в виде ряда значениями, соответствующими дискретным состояниям зоны проводимости металла.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанную функцию регистрируют в виде осциллограмм в координатах |∂γ/∂q|-ϕ,
где γ - поверхностное натяжение электрода,
q - поверхностная плотность заряда электрода,
ϕ - потенциал электрода,
развертку потенциала электрода производят в анодном и катодном направлениях в диапазоне потенциала, включающем области восстановленной и окисленной поверхности металла.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что ступени указанной функции выявляют по колебаниям наклона ∂|∂γ/∂q|/∂ϕ регистрируемой осциллограммы вдоль оси потенциала, которые выражаются в чередовании спадов и подъемов указанного наклона.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отмечают сходство последовательности ступеней с графиком величины у=|sin x|, имеющим скачки наклона в минимумах, вследствие чего именно минимумы регистрируемой функции |∂γ/∂q| ставят в соответствие дискретным состояниям зоны проводимости металла, при этом интервалы потенциала между минимумами регистрируемой функции |∂γ/∂q| рассматривают как образ интервалов энергии между дискретными состояниями зоны проводимости.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что отмечают совпадение дугообразной формы указанной функции между ее минимумами в областях восстановленной и окисленной поверхности металла, откуда делают вывод о сохранении туннельного сообщения между внутренним и внешним зарядами при образовании между этими зарядами окисной пленки.
8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что сравнивают интервалы между минимумами регистрируемой функции |∂γ/∂q| в областях восстановленной и окисленной поверхности металла, находят, что окисление поверхности металла уменьшает интервалы между указанными минимумами, объясняют это тем, что окисление поверхности металла увеличивает относительную долю металла в межфазном скачке потенциала по сравнению с долей ионной жидкости, что меняет масштаб регистрируемого образа состояний зоны проводимости при сохранении самих этих состояний неизменными.
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что различимость выделенных ступеней используют для оценки интервала энергии между дискретными состояниями зоны проводимости металла, рассматривают указанную различимость как признак превосходства этого интервала над энергией теплового движения,
b
B
ΔE≥kT,
b
где ΔE - интервал энергии между дискретными состояниями зоны проводимости металла,
B
-23
-1
k=1.3807⋅10 Дж⋅К - постоянная Больцмана,
T - температура.
10. Способ по п. 2, отличающийся тем, что интервал потенциала между ближайшими минимумами регистрируемой величины |∂γ/∂q| используют для оценки радиуса расщепления в поверхностном слое исследуемого металла, применяют формулу
D
где R - радиус расщепления, n - численная плотность электронов проводимости в металле,
- постоянная Планка,
-30
m=0.911⋅10 кг - масса электрона,
-19
е=1.60219⋅10 Кл - заряд электрона,
b
s
θ≥Δϕ/Δϕ - доля металла в межфазном скачке потенциала на границе металла с ионной жидкостью,
s
Δϕ - интервал потенциала между ближайшими минимумами регистрируемой величины |∂γ/∂q|,
b
b
Δϕ=ΔE/e - интервал потенциала между ближайшими состояниями зоны проводимости, θ≥0.1.
11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве исследуемых металлов используют медь, платину, кобальт, никель, серебро, золото в монолитном виде и в виде гальванических покрытий.
12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве ионных жидкостей используют водные растворы гидроокиси калия, фтористого натрия, фтористого калия и серной кислоты, расплавы фтористого натрия и фтористого калия.
13. Способ по пп. 11 и 12, отличающийся тем, что при исследовании меди водный раствор гидроокиси калия готовят в концентрации 0.1 моля на литр, потенциал измеряют в шкале насыщенного каломельного электрода, развертками потенциала охватывают диапазон от -1.7 до +0.3 В, а началом окисления поверхности металла считают потенциал -0.4 В при анодном направлении развертки потенциала в соответствии с волной тока анодного окисления на зависимости тока от потенциала.
14. Способ по пп. 4, 13, отличающийся тем, что на осциллограмме анодного направления выявляют шесть минимумов величины |∂γ/∂q|, из которых три минимума расположены в области потенциала, где поверхность меди свободна от окисла, остальные - в области потенциала, где поверхность меди окислена.
15. Способ по пп. 4, 13, отличающийся тем, что на осциллограмме катодного направления выявляют три минимума величины |∂γ/∂q|, которые ставят в соответствие трем состояниям зоны проводимости в поверхностном слое меди, свободном от окисла.
28
-3
-7
-4
s
D
16. Способ по п. 10 и 11, отличающийся тем, что используют значения n=8.4⋅10 м, Δϕ=0.3 В, T=293 K, θ≥0.1 и находят таким путем оценку R≤1.175⋅10 м=1.175⋅10 мм=117.5 нм для радиуса расщепления в поверхностном слое меди, свободном от окисла.
17. Способ по п. 4, отличающийся тем, что область потенциала, соответствующую окисленной поверхности металла, определяют по развитию гистерезиса величины |∂γ/∂q| в этой области и по волнам анодного тока на осциллограмме зависимости тока от потенциала.
18. Способ по п. 11, отличающийся тем, что используют образцы исследуемого металла, различающиеся степенью чистоты в диапазоне от 99.9 до 99.99%, а также толщиной в диапазоне от 10 мкм до 1 мм, независимость числа выделенных ступеней от степени чистоты и толщины образца в указанных диапазонах считают признаком, исключающим определяющее влияние примесей и размера кристаллических зерен на механизм образования выделенных ступеней в указанном диапазоне чистоты исследуемого металла.
19. Блок электрода, включающий исследуемый электрод, скрепленный с пьезоэлементом и смоченный ионной жидкостью, находящейся в резервуаре, отличающийся тем, что исследуемый электрод дополнен монолитно связанным с ним шлейфом, который выполнен с возможностью двукратного сокращения объема исследуемого электрода при сохранении неизменными контактов исследуемого электрода с пьезоэлементом и с ионной жидкостью.
20. Блок электрода по п. 19, отличающийся тем, что шлейф выходит из резервуара через отверстие в крышке резервуара и закреплен в этом отверстии пробкой с возможностью укорочения части шлейфа, находящейся вне резервуара.
21. Блок электрода по п. 19 отличающийся тем, что внутри резервуара шлейф имеет зигзагообразный участок.
22. Блок электрода по п. 21, отличающийся тем, что на зигзагообразном участке шлейфа выполнено сужение.
23. Блок электрода по п. 19, отличающийся тем, что держатель электрода выполнен в форме бруска с двумя взаимно перпендикулярными отверстиями, в одном из отверстий находится шток, в другом отверстии находится винт с возможностью закрепления электрода