Способ определения работы выхода электрона

 

1770883 по знаку контактной разности, и изменить ее с помощью делителя напряжения, то можно добиться того, чтобы ток во внешней цепи обратился в нуль. В этом случае приложенное напряжение равно контактной разности, которая, следовательно, определяется непосредственно по показанию вольтметра. Контактная разность потенциалов непосредственно связана с термоэлектронными работами выхода Ф1 и Фг контактирующих тел, а именно; е 012 = Ф1- Ф2, Это соотношение справедливо как для металлов, так и для полупроводников. Поэтому, если работа выхода одного из проводников известна, то, измеряя U>z, можно найти работу выхода другого проводника.

Недостатком этого способа является необходимость усиления измеряемого сигнала, а также наличие механических устройств, предназначенных для реализации данного способа, что является источником погрешности измерения. Для устранения этих недостатков необходимо использование высокочастотных электрических и электроизмерительных устройств. а также прецизионной механики.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является оценочный способ определения работы выхода электрона из материала катода по величине нормального катодного падения потенциала в тлеющем разряда постоянного тока. При изменении тока плотность его остается приблизительно постоянной. Остается постоянным и катодное падение потенциала, До давлений в несколько десятков миллиметров ртутного столба нормальное катодное падение потенциала не зависит от давления газа, а определяется только материалом катода и составом газа. Приближенно нормальное катодное падение пропорционально работе выхода электрона из катода.

Величина катодного падения потенциала лежит в пределах 100-300 В, что используется для устройства газосветных трубок, например неоновых ламп, в которых электродами служат два железных листочка. покрытых слоем бария для уменьшения работы выхода, Недостатком такого спосба является его непригодность для точного измерения работы выхода электрона из-за нелинейного характера распределения потенциала по длине разрядной трубки. По этой причине данные по работам выхода электрона для различных материалов. полученные как оце5

45

40 ночные, в справочной литературе не приводятся.

Цель изобретения — повышение точности измерения работы выхода элек1рона, Поставленная цель достигается тем, что в способе определения работы выхода электрона путем зажигания тлеющего разряда, в качестве эталонного электрода — анода используют твердый электролит, обладающий ионной проводимостью по щелочным металлам, и работу выхода электрона определяют по формуле

А = U/Uý (Аз ЛМе) + AMe, (2) где А — работа выхода исследуемого вещества:

AMe — рабОта ВЫХОда ЩЕЛОЧНОГО МЕтаЛла:

U — потенциал зажигания тлеющего разряда при исследовании вещества с неизвестной работой выхода электрона;

Ue — потенциал зажигания, измеренный предварительно в системе с катодом. работа выхода которого (Аз) принята за второй эталон.

Причинно-следственная связь, позволяющая перейти от поибилизительного соотношения UK.n = С А. где U,п — величина катодного падения потенциала нормального тлеющего разряда: С вЂ” константа, характерная для данного газа; А — неизвестная работа выхода электрона. к предлагаемой формуле состоит в том, что в изобретении используется особый вид разряда, инициируемый и поддерживаемый ионной эмиссией с анода, а не электронной эмиссией с катодов. Явление эмиссии ионов с и".верхности анода именуется испусканием "=нодных лучей. В данном случае образование анодных лучей состсит в электропереносе ионов натрия сквозь стекло. При этом катодное падение потенциала, имеющее ме то при горении разряда между металлическими катодом и анодом, смещается в толщу стекла, формируя линейное распределение гготенциала по длине разрядной трубки, Данный тип разряда может быть отнесен к линейным явлениям, в которых многие задачи решаются путем составления пропорций, Для составления пропорций производят два опыта; в первом из которых измеряют потенциал зажигания тлеющего разряда Ue между электродами с известными работами выхода:

0э = С(Аэ AMe), (3) а во втором измеряют потенциал зажигания

U между анодом и катодом с неи:.вестной работой выхода:

1770883

U = C(A AMe) (4)

Стационарность.о параметров двух опытов обеспечивается постоянство константы С, исключаемой при почленном делении уравнений (3) и (4), с получением выражения пропорции, которую разрешают относительно неизвестной работы выхода А, т.е. получают формулу (2).

На чертеже приведена схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Устройство содержит анод в виде стакана 1 с расплавом чилийской селитры йаМОз, в которую погружена анодная часть 2 разрядной трубки 3 из стекла С49-1: в состав стекла входит 8,7 мас.% NazO, Так как все стекла, содержащие в своем составе щелочные металлы, обладают ионной проводимостью, для реализации способа можно использовать литиевые. калиевые, цезиевые и другие стекла при замене нитрата натрия на нитрат применяемого в качестве эталона щелочного металла. Торец катодной части 4 разрядной трубки вместе с держателем 5 образца, выполненного из нержавеющей стали, взаимно пришлифованы с целью осуществления разъемного вакуумно-плотного соединения. Исследуемый образец 6, гальванически контактирующий с держателем 5, образует выступающую часть катода в виде механического соединения держателя с образцом для локализации силовых линий поля на его поверхности. Разрядная трубка 3 имеет патрубок 7 для откачки; патрубок 8 предназначен дя напуска рабочего газа. Для определения потенциала зажигания в цепь разрядного контура включен вольтметр 9 с делителем напряжения 10, Для зажигания тлеющего разряда использован высоковольтный источник питания 11.

Работу выхода электрона определяют следующим образом. Исследуемый образец

6 помещают в катодную часть 4 разрядной трубки 3. Через патрубок 7 откачивают газ из разрядной трубки 3. затем через патрубок 8 вводят рабочий газ (аргон или гелий) до давления 0,5-1 Торр. После напуска рабочего газа включают истчоник питания 11, напряжение которого контролируют с rioмощью вольтметра 9. Производят два последовательных определения с помощью вольтметра значений U> и U.

Пример, Измеряют работу выхода вакуумно-плавленой меди. образец которой представляет собой цилиндр диаметром 2 мм и высотой 4 мм. Образец закрепляют на держателе 5 в вертикальном положении

Систему откачивают до дав ения 1 TnDp, Напряжение подают с помощью высоко50

5

40 вольтного источника питания 11 постоянного тока BY-50-50. Потенциал зажигания фиксируют вольтметром 9 марки В-16А, включенным в цепь с помощью делителя напряжения 10. Размеры разрядной трубки при получении данных составляют: длина

400 мм. диаметр 20 мм. толщина стенки стекла С-49 0.5 мм. Для образца потенциал зажигания определяют 10 раз, По данным измерений находят среднее значение потенциала зажигания и ошибку в одно стандартное отклонение. Потенциал зажигания определен равным 4925 B. Для исключения параметров среды в качестве эталона выбран графит. Работа выхода графита принята равной 4.7 эВ. Для определения потенциала зажигания для катода из графита выполняют те же операции, что и для образца меди. Среднее значение потенциала зажигания для него составляет 5525 B. стандартное отклонение среднего — 16 В. В обоих опытах анодом служит образующаяся на внутренней поверхности погруженной в расплав части разрядной трубки пленка натрия, как результат заряда межэлектродной емкости катод — анод. Пленка натрия является вторым эталонным электродом с известной работой выхода. равной 2.35 эВ.

Значение работы выхода вакуумнс-плавленой меди. вычисленное по формуле (2). равно 4,435 +/- 0,065 эВ, Эти же операции проделаны и для других материалов. Значения работ выхода для ряда металлсв. определенные предлагаемым способом. сопоставлены с. рекомендуемыми в таблице.

При удлинении трубки до 600 MM или укорочении до 250 мм при давлении рабочего газа в интервале 1-5 Торр данные табл цы воспроизводятся. так как эти вариации, изменяя значения потенциалов зажигания. не влияют на величину их отношения. т.е. U /U> сохраняется постоянным. равным 4925 B/

/5525 B = 0,887.

Из данных таблицы видно. что в пределах ошибки в два с андартных отклонения результаты исследования совпадак т с рекомендуемыми значениями.

Таким образом, предлагаемый способ обладает высокой степенью достоверности. обеспечиваемой T|. M что в способе использован электролизный закон Фарадея. относящийся к одному из фундамен альных законов природы.

Формула изобретения

Способ определения работы выхода электрона путем зажигания тлеющего разряда в среде инертного газа при пониженном давлении между электродами газоразрядной стеклянной тоубки. о т л и— ч а ю шийся тем. что. с целью повышения

1770883 (эВ), реко д точности измерения работы выхода электрона, в качестве эталонного электрода-анода используют твердый электролит, обладающий ионной проводимостью по щелочным металлам, и работу выхода электрона определяют по потенциалу зажигания тлеющего разряда по формуле

A = И0э (Аэ АМе) + АМе, где А — работа выхода исследуемого вещества:

AMe — работа выхода щелочно о металла:

U — потенциал зажигания тлеющего разряда, при исследовании вещества с

5 неизвестной работой выхода электрона:

U> — потенциал зажигания, измеренный в системе с катодом. работа выхода которого (Аэ) принята за второй эталон.