CC BY
0Я ▲ EEfEiHE? ФИЗИКА ПЛАЗМЫ ИИЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Термодинамика травления алмаза на воздухе без участия плазмы и с образованием плазмы
Осянин Д.Н.
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва
Е-mail: danilka0580@mail.ru
DOI: 10.24412/cl-35673-2024-1-160-161
При температурах выше 600 °С в воздушной атмосфере на поверхности алмаза начинает происходить необратимый процесс травления с образованием диоксида углерода. Такое травление имеет место и в кислородной плазме, в том числе лазерной (или воздушной), которая образуется, например, при лазерном облучении алмаза на воздухе. Считается, что немалую роль при лазерной абляции играют фотохимические реакции [1]. Тем не менее, при повышении температуры кристалла нельзя исключать и процессы химического травления в воздушной плазме. Чтобы оценить степень их влияния на абляцию, в данной работе приведены результаты расчёта химических реакций на границе алмаза и воздушной плазмы, инициализированной лазерным воздействием. До сих пор в научной литературе данный вопрос не нашёл детального рассмотрения с точки зрения такого наглядного метода анализа реакций как химическая термодинамика. В классической работе Питера Бахмана [2] лишь упоминается, что травление алмаза в кислородной плазме происходит существенно быстрее, чем в водородной, без пояснения того, как на травление алмаза влияет его температура. В данной работе представлены результаты расчёта методом Чейза [3] термодинамических функций: химического потенциала или энергии Гиббса, энтропии, энтальпии и констант равновесия реакций травления алмаза в смеси N2-O2-H2O, протекающих при температурах от 25 °С до 700 °С. Реагентами и продуктами данных реакций являются: Салм, O2, N2, H2O, CO, CO2, NO, NO2, а также радикалы [H], [O], [OH] и др. Энтальпия, энтропия и энергия Гиббса были теоретически рассчитаны на основе общедоступной базы данных Национального института стандартов и технологий США [3]. В докладе приведены температурные зависимости констант равновесия данных реакций с шагом 100 °С. На основе разности
22-24 октября 2024 г.
химических потенциалов реакций сопоставлены процессы химического травления алмаза на воздухе без образования плазмы (с участием молекулярного кислорода, воды и азота) и с образованием плазмы (с участием радикалов O, OH, N).
Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда № 24-12-00137.
1. Yingling Y.G., Zhigilei L.V., Garrison B.J., Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 2001, 145(3), 173-181.
2. Prijaya N.A., Angus J.C., Bachmann P.K., Diamond and Related Materials. 1994, 3(1-2), 129-136.
3. Chase M.W., Jr. NIST-JANAF Themochemical Tables, Fourth Edition. J. Phys. Chem. Ref. Data. Monograph 9. 1998. 1-1951.
