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珪酸塩部分溶融系における界面の構造と物性の解析

部分熔融硅酸盐体系的界面结构和物理性质分析

基本信息

批准号：
00J08525
负责人：
池田進
金额：
$ 2.3万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では,部分溶融系における固相-液相間の界面エネルギーならびにそれに依存する固液の濡れ性のようなマクロな物性・物理量をミクロな視点から理解するために,固体基板表面に液相を想定した薄膜を蒸着し,界面における電子状態を解析してきた.界面現象は珪酸塩系と金属系とで共通点が多いので,実験が比較的容易な金属系に集中して研究を進めた.具体的には,超高真空槽中でTa板上にSnの厚膜(多結晶膜)を蒸着してこれを基板とし,その上にAlの薄膜を蒸着,紫外光電子分光法を用いて,Al/Sn界面における価電子の挙動を探った.この実験から,AlとSnが界面を形成することにより,結合エネルギー4.3eVと2.7eVの2カ所の電子状態密度が減少し,6.0eVと0.5eVの2カ所の電子状態密度が増加することが見出された.分子軌道法に基づいた考察により,AlとSnが接触した際,AlとSnの価電子の1対の軌道(バンド)が軌道間相互作用を起こして結合性・反結合性の新しい軌道をフェルミ準位以下に生み出し,それらが電子で満たされるため,電子のもつエネルギーの総和が大きくなることが判明した.Al-Sn系は共融系であり,ここで観測された2元素の接触に伴う電子エネルギーの上昇・不安定化が,固相線以下における2相分離傾向を生み出しているものと考えられる.2成分共融系では部分溶融状態において,液相の化学組成が結晶の化学組成から離れるほど界面エネルギーが大きくなり濡れが悪くなることが知られている.これは,結晶相がAlの場合,それに接触する液相中のSn原子の数が多くなるほど,上記のような価電子の軌道間相互作用が起こる頻度が増加し,電子エネルギーの上昇により界面エネルギーが増大するものと理解できる.このように,界面の電子の挙動を解析することで,界面エネルギーのようなマクロな物性・物理量を理解できることを示した点も本研究の大きな成果である.

In this study, the solid-liquid interface of partial solution system was studied. The solid-liquid interface was characterized by physical properties, physical quantities and electronic states. Interface phenomena in acid and metal systems have many common points, but it is easier to concentrate on metal systems. Specifically, Sn thick film (polycrystalline film) was evaporated on Ta plate in ultra-high vacuum chamber, Al thin film was evaporated on Ta plate, UV photoelectron spectroscopy was used, and electron motion of Al/Sn interface was detected. The density of electron states of Al and Sn at the interface decreases from 4.3eV to 2.7eV, and increases from 6.0eV to 0.5eV. In the molecular orbital method, when Al and Sn contact each other, the orbital interaction between Al and Sn electrons occurs, and the new orbital interaction between Al and Sn electrons occurs below the standard level. The contact between the two elements is accompanied by the rise of electron emission and instability. The tendency of phase separation occurs below the solidus. The chemical composition of the liquid phase is partially melted. The chemical composition of the crystal is separated from the interface. When the crystalline phase is Al, the number of Sn atoms in the liquid phase increases, the frequency of electron orbital interaction increases, and the number of electron orbital interaction increases. The electronic motion of the interface is analyzed, and the physical properties of the interface are understood.