Микроострия. Свойства, изготовление, применение. Сергей Зайцев
Читать онлайн книгу.
электростатического давления» s=e0E2/2 [20], где Е – напряженность электростатического поля в выбранной точке у поверхности проводника; e0 – диэлектрическая постоянная.
Механические напряжения в выбранном сечении образцов определялись путем суммирования сил, найденных с помощью вышеприведенной формулы на основе методики, описанной в [21]. Полученные результаты качественно соответствуют имеющимся представлениям и прогнозам относительно прочности металлов в диапазоне диаметров образцов 50 ÷100 нм.
Нами проведены эксперименты по разрушению в электростатическом поле микроострий с диаметром при вершине 50—100 нм из вольфрама, молибдена, нержавеющих сталей. Образцы помещались в автоионный микроскоп и нагружались электрическим полем по линейному закону с различной скоростью (102÷104 В/с) при температурах (300 K÷78 К). Во всех случаях образцы перед экспериментом выдерживали при напряжении 5 кВ до полного прекращения процессов испарения полем. Этим достигалось получение микроострий с одинаковыми исходными радиусами при вершине. С целью предотвращения электрического разряда в момент разрушения образца, последовательно с ним включалось сопротивление 1011 Ом. Момент разрушения регистрировался по характерному резкому изменению изображения.
Рис.1. Зависимость между электрическим напряжением разрушения U и конечным диаметром d при вершине микроострия.
Предположение о том, что в данном случае резко снижается прочность под действием электрического поля (о возможности таких эффектов см. [22]) вряд ли может быть принято, так как трудно объяснить, почему этот эффект не сказывается непосредственно у вершины микроострия, где напряженность электрического поля выше, и так катастрофически проявляется на расстоянии в несколько микрон от него. Выявленное несоответствие позволило предположить, что для оценки величины механических напряжений вдали от вершины микроострия разумнее производить расчет путем суммирования сил взаимного расталкивания зарядов, скопившихся на поверхности проводящего конуса. Выберем сферические координаты с началом в вершине образца-конуса и полярной осью вдоль оси конического острия с углом раствора 2θ«1 (θ—половина угла раствора конуса). Для этого случая в [20] найдено выражение для переменной части потенциала вблизи поверхности:
Отсюда можно вычислить напряженность поля
Нас интересует напряженность только на поверхности конического образца
Рис.2 Расчетная схема
Расчетная схема представлена на рис.2. Сечение, в котором определяется растягивающее механическое напряжение, находится на расстоянии А от вершины микроострия. Оси X и Y направлены от него в разные стороны. Общая длина