Формування нанорозмірних структур адсорбату в процесах конденсації з газової фази з урахуванням температурних ефектів

Abstract

Вивчається вплив теплопровідности поверхні на процес формування островів адсорбату при конденсації з газової фази в реакційно-дифузійних системах. Враховуються нерівноважні хемічні реакції, відповідальні за формування стійких димерів, та вважається, що температура поверхні може локально змінюватися при перебігу процесів адсорбції/десорбції. Для однорідної системи одержано умови реалізації фазових переходів першого роду типу газ—тверде тіло. В межах лінійної аналізи на стійкість розраховано фазову діяграму, що ілюструє область, де можливі просторові нестійкості. За допомогою числового моделювання показано, що теплопровідність впливає на перехідні процеси формування структур адсорбату. Встановлено, що середній розмір островів адсорбату зростає з часом за степеневим законом, і показник росту збільшується з коефіцієнтом теплопровідности. Встановлено розподіл островів адсорбату за розмірами в стаціонарному режимі та виявлено, що збільшення теплопровідности поверхні приводить до трансформації розподілу від логнормального до Ґауссового. Показано, що середній розмір стаціонарних структур адсорбату характеризується нанометровим масштабом.

Изучается влияние теплопроводности поверхности на процесс формирования островов адсорбата при конденсации из газовой фазы в реакционно-диффузионных системах. Учитываются неравновесные химические реакции, отвечающие за формирование устойчивых димеров, и считается, что температура поверхности может локально изменяться при протекании процессов адсорбции/десорбции. Для однородной системы получены условия реализации фазовых переходов первого рода типа газ—твёрдое тело. В рамках линейного анализа на устойчивость получена фазовая диаграмма, иллюстрирующая область, где возможны пространственные неустойчивости. При помощи численного моделирования показано, что теплопроводность влияет на переходные процессы формирования структур адсорбата. Установлено, что средний размер островов адсорбата растёт со временем по степенному закону, и показатель роста увеличивается с коэффициентом теплопроводности. Установлено распределение островов адсорбата по размерам в стационарном режиме и показано, что увеличение теплопроводности поверхности приводит к трансформации распределения от логнормального к гауссовскому. Показано, что средний размер стационарных структур адсорбата характеризуется нанометровым масштабом.

An influence of thermal conductivity of a surface on adsorbate-islands’ formation at vapour deposition in the reaction—diffusion systems is studied. Non-equilibrium chemical reactions, which are responsible for stable-dimmers’ formation, are taken into account with assumption that the surface temperature can be changed locally due to adsorption/desorption processes. For homogeneous system, the conditions for first-order phase transitions of the gas—solid type are found. Within the framework of the linear stability analysis, the phase diagram illustrating a region with spatial instabilities is calculated. The numerical simulations show that thermal conductivity governs transient dynamics of adsorbate-structures’ formation. The mean size of adsorbate islands evolves in time according to power law, and the growth power exponentially increases with thermal conductivity. The distributions of adsorbate islands over sizes are calculated in stationary limit, and it is found that an increase in thermal conductivity of the surface leads to transformation of distribution from Lognormal form to Gaussian one. As shown, the mean size of stationary adsorbate islands is characterized by nanometre scale.