Наносвойства поверхностей сплавов железо-хром-никель и их основных компонентов по IN-SITU измерениям на электрохимическом сканирующем туннельном микроскопе

• Автор: Стрючкова, Юлия Михайловна
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 150 с. : ил.

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И АББРЕВИАТУРЫ

ЭСТМ - электрохимический сканирующий туннельный микроскоп (микроскопия)

ЭСТСН — электрохимическая сканирующая туннельная спектроскопия по напряжению

ЭСТСР — электрохимическая сканирующая туннельная спектроскопия по расстоянию /(- туннельный ток, нА, пА /0 - заданный туннельный ток, нА 1оо ~ туннельный ток обмена, нА 1{аг - фоновый фарадеевский ток, пА, нА
Л_ех - экспериментально записанный ток, отвечающей сумме туннельного и фарадеевского (/1ех = /(+ /Гаг), нА /5 - плотность тока на образце, мА/см2 Z - туннельное расстояние, А, нм Е5 — потенциал образца, В, мВ (н.в.э.)

Ех - потенциал иглы, В, мВ (н.в.э.)

и{ - туннельное напряжение (ух = Ех — Ев), В, мВ

1/1о - заданное туннельное напряжение, В

б0 - минимальная локальная туннельная проводимость, нСм

С] - заданная туннельная проводимость, нСм

а - коэффициент вероятности туннельного переноса электрона с образца на иглу, характеризующий соотношение донорно-акцепторных свойств атомов образца и иглы, находящихся в туннельном контакте |3 - наклон логарифмической зависимости Ц/1п(/(), характеризующий эффективное сопротивление туннельным процессам, мВ у - отношение локальной (б0) и заданной (б]) туннельной проводимости, характеризующее локальную активность поля аср - средне-квадратичные значения коэффициента а а,20 - доверительный интервал а с учетом критерия Сьюдента

«шах - максимальные значения коэффициента а
ат;Г1 - минимальные значения коэффициента а
рср - средне-квадратичные значения коэффициента р, мВ
Р2о - доверительный интервал Р, с учетом критерия Сьюдента, мВ
Ртах - максимальные значения коэффициента р, мВ
Ртт - минимальные значения коэффициента Р, мВ
у ср - средне-квадратичные значения коэффициента у
у2а - доверительный интервал у, с учетом критерия Сьюдента
Ушах - максимальные значения коэффициента у
Угшп - минимальные значения коэффициента у
Фей- - эффективный потенциальный барьер туннелирования, эВ
т - время, сек
сЩ/ск - скорость развертки туннельного напряжения и потенциала иглы, В/с
pH - водородный показатель
н.в.э. - нормальный водородный электрод
ВОПГ - высокоориентированный пирографит

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Электрохимическая сканирующая туннельная микроскопия
1.1.1. Принцип работы электрохимического сканирующего туннельного микроскопа
1.1.2. Сканирующая туннельная спектроскопия
1.1.2.1. Сканирующая туннельная спектроскопия «по напряжению» (СТСН)
1.1.2.2. Сканирующая туннельная спектроскопия «по расстоянию» (СТСР)
1.2. Сплавы системы железо-хром-никель
1.2.1. Хромоникелевые аустенитные стали
1.2.2. Близкие к исследованным в данной работе коррозионностойкие сплавы на железоникелевой и никелевой основе
1.2.3. СТМ-исследования поверхности сплавов системы железо-хром-никель
1.3. СТМ-исследования поверхностей основных компонентов системы железо-хром-никель
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Материалы и реактивы
2.2. Описание установки
2.3. Электрохимическая ячейка
2.4. Изготовление СТМ-игл
2.5. Поляризационные измерения
2.6. Проведение СТМ-исследований
2.6.1. СТМ-исследования на границе с воздухом
2.6.2. СТМ-исследования на границе с раствором
2.6.3. Обработка результатов

проводились исследования, посвященные изучению электрохимического поведения Сг, № и Ре в растворах с помощью различных методов. Например, в [84], впервые рассмотрено электрохимическое поведение хрома в растворах серной кислоты при его анодной пассивации: исследовано влияние на этот процесс потенциала, pH раствора и температуры. Авторы, В.М. Княжева и Я.М. Колотыркин, подчеркивают, что «анодная пассивация хрома не связана с образованием на его поверхности фазовой пленки, а является следствием кинетического торможения анодной реакции, вызываемого изменением состояния металлической поверхности со временем и потенциалом, наступающего в результате адсорбционно-химического взаимодействия ее с кислородом воды». Одно из ранних исследований электрохимического поведения поверхности никеля представлено в [86].
Исследования поверхностей этих металлов методами СТМ и СТС в НИФХИ имени Л.Я. Карпова начали развиваться в последние 8 лет [31,80-82]. Вместе с тем, из литературных данных известны СТМ- и ЭСТМ-исследования.поверхностей Бе, Сг и № на границах с воздухом и растворами электролитов.
Известны работы, посвященные СТМ- и СТС-исследованиям поверхности железа на границах с воздухом и растворами электролитов, в качестве которых чаще всего используют буферные с pH 7.5-8.4 [112-119].
СТМ-исследования поверхности хрома довольно редки. Известно т-хНи СТМ-изучение оксидной пленки, формирующейся на монокристалле Сг( 110) в растворе 0.5 М Н2804 при различных потенциалах образца [120]. В этой работе приводятся ЭСТМ-изображения поверхности, снятые во время потенциостатирования электрода, в том числе при высоком разрешении микроскопа (до 2x2 нм2). Кроме того, в статье представлены довольно' любопытные схемы, показывающие энергетическую возможность туннелирования электронов в зависимости от потенциала образца, который в свою очередь влияет на толщину пленки. Правда, авторы статьи рассматривают переход электронов только в одном направлении: с иглы на образец.