固体の表面拡散および表面張力に与える不活性ガスの影響

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雰囲気の不活性ガスの種類と表面拡散の相互作用を調査するために粒界溝成長法を用いて異なる不活性ガス中で表面拡散係数を測定した.試料としては銀多結晶を用い,表面を鏡面までダイヤモンドペーストで研磨した.雰囲気ガスはAr-1%O_2(以降,Ar)およびHe-1%O_2(以降,He)を用いて,試料を酸化させずに,不純物酸素による影響を固定した.なお,実験装置はすべてガラスで作製されており,外気からの酸素や水分の混入は完全に防止した.粒界孔を成長させるための熱処理は873K〜1073Kにて108〜720ks間保持した.その試料に対して原子間力顕微鏡によって粒界溝の幅を測定した.その際,対称性が高い粒界溝のみを20点測定し,その平均値を測定値とした.その結果からMullinsの導出した式を用いて表面拡散係数(D_s)を計算した.粒界溝の幅は誤差範囲内で時間に対して約1/4となり,粒界溝の成長において表面拡散が支配的であるとした.D_sはそれぞれの雰囲気でD_<s/Ar>/m^2S^<-1>=6.1×10^<-2>exp(-(151/kJmol^<-1>)/(RT))D_<s/He>/m^2S^<-1>=3.3×10^<-2>exp(-(147/kJmol^<-1>)/(RT))となり,Arを雰囲気とした場合,D_sはHeの値よりも値は大きいものの,実験の標準偏差以下の差異であった.