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研究生: 高玉娟
Kao Yu Jan
論文名稱: 鉑或銥原子團在鉑表面之擴散研究
指導教授: 傅祖怡
Fu, Tsu-Yi
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 物理學系
Department of Physics
論文出版年: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 64
中文關鍵詞: 場離子顯微鏡鉑(111)擴散面心立方晶格位置七顆銥原子團
英文關鍵詞: FIM, Pt(111), diffusion, FCC site, Ir7
論文種類: 學術論文
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  • 鉑或銥原子團在鉑表面之擴散研究

    使用場離子顯微鏡(FIM)在超高真空(UHV)的環境下,觀察鉑或銥原子團在鉑表面上的擴散運動。當溫度加熱到135K,從三角形場離子影像的方向判斷,單顆鉑在鉑(111)面上只會吸附在FCC site。接著利用觀察時所繪出原子位置地圖(site mapping),分析原子擴散的步數,並代入擴散的波茲曼分佈(Boltzmann distribution),得到鉑在鉑(111)面的擴散活化能為0.33±0.01eV。再根據單顆鉑出現在FCC site 與HCP site的次數與波茲曼分佈的關係,計算出鉑吸附在FCC site的束縛能比在HCP site的束縛能大了0.04eV以上。
    其次,觀察中也發現七顆銥原子團(Ir7)在鉑(111)面上,以正六角形的形貌擴散的機率是35/40。統計40次擴散事件,得到擴散活化能為1.41 0.03 eV。綜合比較Ir7/Ir(111)[6]、Ir7/Pt(111)、Pt7/Pt(111)[3]系統,發現原子團在Pt (111)面上,Ir7比Pt7更難擴散,而Ir7在Ir(111)面上卻比Pt(111)面上更難擴散。影響上述擴散難易程度的因素包括吸附原子團內部的束縛能、原子團與基底的交互作用。

    study of Pt or Ir atoms and clusters diffusion on Pt surfaces

    Using the field ion microscope in ultra high vacuum, we observe directly the diffusion behavior of Pt or Ir atoms on Pt surfaces. After annealing at 135K, single Pt occupies at FCC site exclusively on Pt(111). This phenomenon is decided by the apex of the image triangle. By site mapping, we analyze how many steps Pt diffuses, and then put the mean square displacements into the Boltzmann distribution. The diffusion activation energy of Pt on Pt(111) is 0.33±0.01 eV. According to the frequency of Pt occupation at FCC (HCP) site, the binding energy of Pt at FCC site is 0.04 eV greater than HCP site at least.
    The probability of Ir7 on Pt(111) as close-packed hexagon is 35/40. During 40 diffusion events, we get the diffusion activation energy of Ir7 on Pt(111) is 1.41±0.03 eV. Comparing Ir7/Pt(111) with Pt7/Pt(111)[3], Ir7 on Pt(111) has greater diffusion energy than Pt7 on the same substrate. Comparing Ir7/Pt(111) with Ir7/Ir(111)[6], Ir7 on Ir(111) has greater diffusion activation energy than on Pt(111). Finally, We discuss the factors of the diffusion activation energy, including the binding energy of the adsorbed clusters, and the interaction between the adsorbed clusters and the substrate.

    摘要………………………………………………………………ⅰ Abstract………………………………………………………ⅱ 致謝………………………………………………………………ⅲ 目次………………………………………………………………ⅴ 第一章 緒論……………………………………………………1 1-1 簡介表面科學的發展 1 1-2 探究銥在鉑表面的動機 2 1-3 早期研究鉑在鉑(111)上場離子影像形貌 3 1-4 場離子顯微術的優勢與限制 5 1-4-1 場離子顯微術的優點 5 1-4-2 場離子顯微術的限制 6 第二章 場離子顯微術實驗原理………………………………7 2-1 場離子顯微鏡成像原理 7 2-2 場離子化機制 8 2-2-1 歷史回顧 8 2-2-2 原理 9 2-3 場蒸發的原理 11 2-4 實驗步驟 13 2-4-1 ㄇ形針架的準備與清潔 14 2-4-2 蝕刻針尖至10~100奈米 15 2-4-3 場離子顯微鏡影像說明 16 2-4-4 密勒指數切面介紹 20 第三章 實驗儀器………………………………………………23 3-1 真空系統 23 3-2 成像系統 24 3-2-1 成像氣體 24 3-2-2 影像放大電路 25 3-2-3 影像記錄裝置 26 3-3 高壓電源 26 3-4 低溫裝置 27 3-5 其他裝置 27 3-5-1 脈衝加熱器 27 3-5-2 離子濺鍍系統(Ion-Sputter) 28 3-5-3 增加腔體清潔度的裝置 28 第四章 數據分析………………………………………………30 4-1 吸附原子的擴散活化能的分析 30 4-2 吸附原子團的擴散活化能的分析 32 第五章 實驗結果與討論………………………………………34 5-1 鉑吸附原子(團)在鉑(111)的擴散 34 5-1-1 Pt/Pt(111)吸附的位置: FCC site或HCP site 35 5-1-2 Pt/Pt(111)的擴散活化能 36 5-1-3 Pt(111)吸附在FCC site與HCP site的束縛能差 38 5-1-4 Pt3/Pt(111)的吸附位置 42 5-1-5 Pt/Pt(111)的三角形離子影像討論 43 5-2 銥吸附原子(團)在鉑(111)的擴散 47 5-2-1 Ir/Pt(111)的擴散 47 5-2-2 Ir7/Pt(111)的擴散活化能 47 5-3 影響擴散活化能的因素 49 5-3-1 表面結構的崎嶇度 49 5-3-2 同切面上不同的運動機制 51 5-3-3 吸附原子團與基底的交互作用 52 5-3-4 吸附原子團內部的束縛能 53 5-3-5 內聚能與擴散活化能的關係 54 5-3-6 平台的邊界效應 58 第六章 結論……………………………………………………59 6-1 鉑吸附原子在鉑(111)的擴散 59 6-2 銥吸附原子團在鉑(111)的擴散 59 6-3 未來工作 60 參考資料 .... 61 附錄1:鉑與銥金屬元素之簡介 63

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