所述反向升华是其中从状态放热气体发生改变成固体而无需首先成为液体的热力学过程。还以回归升华,降华或沉积的名称而闻名。后者是学校和百科全书中最常用的。
反向升华被认为是放热过程,因为气态颗粒(原子或分子)必须通过将热量释放到环境中来损失能量。以足以冷却以形成晶体,固化或冻结在表面上的方式。
只要表面足够冷,晶体就会直接从气相沉积到其上,就会发生反升华。资料来源:
词语“沉积”(而非“沉积”)是指从气相沉积颗粒而不会弄湿接收表面。这就是为什么在冰冷的物体上经常会发现反升华现象的原因。例如霜落沉积在叶子或冬季景观上。
通常通过薄薄的晶体层来检测这种沉积。尽管它也可以由表观的粉末或粘土制成。通过控制此过程,可以设计新的多层材料,其中每一层都包含通过化学或物理过程沉积的特定固体。
反升华概念
正如其名称所揭示的那样,反向升华是与升华相反的现象:它不是从蒸发的固体开始,而是从凝固或冻结的气体开始。
如果您从分子角度进行推理,那么气体能够冷却到一开始甚至不凝结的程度就令人惊讶。也就是说,它变为液态。
表面的作用
高度混乱和扩散的气体突然设法重新排列其粒子,并将其建立为固体(无论其外观如何)。
就其本身而言,这在动力学和热力学上都是困难的,因为它需要一个支撑来接收气体颗粒并将其浓缩,以使它们在损失能量的同时彼此相互作用。也就是说,当他们冷却下来时。这是暴露于气体的表面参与的地方:用作支撑和热交换器。
气体颗粒与较冷或结冰的表面进行热交换,因此它们放慢了速度,并逐渐形成了第一个晶核。在比周围气体冷的这些核上,其他颗粒开始沉积,并结合到它们的结构中。
该过程的最终结果是最终在表面上形成一层晶体或固体。
条款
为了发生反向升华,通常必须满足以下两个条件之一:与气体接触的表面的温度必须低于其冰点;或气体必须过冷,以使其一旦接触到表面便会在干扰其目标稳定性时沉积。
另一方面,当气体变热时也可能发生沉积。如果表面足够凉爽,气体的高温会突然传递给它,并导致其颗粒适应表面的结构。
实际上,有些方法甚至不需要冷却表面,因为它直接与最终共价(或金属)沉积在其上的气态颗粒参与反应。
在技术行业中,一种基于该原理的方法已被广泛使用,并称为通过燃烧进行化学气相沉积。
反升华的例子
啤酒打扮成新娘
当从冰箱中取出啤酒时,如果啤酒太冷以至于其杯子的玻璃被盖成白色,则据说它是作为新娘打扮的。
啤酒瓶提供了必要的表面积,以使水蒸气H 2 O 分子碰撞并迅速失去能量。如果玻璃杯是黑色的,您会发现它变成白色的地方无处不在,您可以用指甲将其撕下,在上面写消息或画图。
有时,来自环境的湿气沉积使啤酒看上去被白霜覆盖;但是效果不会持续太久,因为随着时间的流逝,它会凝结并弄湿握住它并喝酒的人的手。
霜
与啤酒壁上的情况类似,一些冰箱的内壁上会结霜。同样,在自然界中也可以观察到这些冰晶层。它不会像雪一样从天上掉下来。
过冷的水蒸气与树叶,树木,草等的表面碰撞,最终给它们提供热量,以使其冷却并能够沉积在它们上,并以其特征性和辐射性的结晶形式表现出来。
物理沉积
到目前为止,一直在谈论水。但是其他物质或化合物呢?例如,如果腔室内有气态金颗粒,并且引入了耐寒且耐高温的物体,则将在其上沉积一层金。只要不需要增加压力或真空,其他金属或化合物也会发生同样的情况。
刚刚描述的是一种称为物理沉积的方法,该方法在材料工业中用于在特定零件上创建金属涂层。现在,问题在于如何获得气态金原子而不消耗高能量,因为需要非常高的温度。
在那里有真空进入,以促进从固体到气体的通过(升华),以及使用电子束。
通常将烟囱壁上的烟灰作为物理沉积的一个例子。但是,已经处于固态并悬浮在烟雾中的非常细小的碳颗粒只是在不发生状态变化的情况下就沉淀下来。这导致壁变黑。
化学沉积
如果气体与表面之间发生化学反应,则为化学沉积。该技术在半导体的合成中,在通过TiO 2的杀菌和光催化层进行的聚合物涂层中,或通过用ZrO 2涂层为它们提供机械保护材料中很常见。
由于化学沉积,可能具有金刚石,钨,碲化物,氮化物,碳化物,硅,石墨烯,碳纳米管等表面。
具有要沉积的M原子并且也易于热分解的化合物可以将M生成表面结构,使其永久连接。
这就是为什么通常使用有机金属试剂的原因,这种有机金属试剂在分解时会放弃金属原子,而无需直接从中获得金属原子。也就是说,没有必要使用金属金,而是使用金复合物来创建所需的金“镀层”。
请注意,反升华或沉积的初始概念是如何根据技术应用而演变的。
参考文献
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