Főmenü megnyitása

Langmuir (mértékegység)

mértékegység

A langmuir (jele: L) egy felületre kötődő atomokat vagy molekulákat érő dózist (expozíciót) jellemző fizikai mennyiség mértékegysége. Jellemzően a felületfizikában és a vákuumtechnikában alkalmazzák annak a jellemzésére, hogy egy anyag egységnyi területű felületeleme milyen dózisú anyagmennyiségnek van kitéve a gáztérben. Például vékonyréteg-leválasztásnál a rétegnövekedés egy fontos paramétere. Nem SI mértékegység.

Az egységet Irving Langmuir amerikai fizikusról nevezték el.

Tartalomjegyzék

ÉrtelmezéseSzerkesztés

A langmuir a gáztér nyomása és az expozíciós idő szorzata. 1 L az 1 s idő alatti, 10-6 torr nyomású gáz általi kitettségnek (expozíciónak) felel meg.[1][2]

A gáztérnek kitett felület egyfajta dózist szenved el, amely a felület- és időegység alatti energiaelnyelést jellemzi. Ez a dózis megadható a felületet érő részecskeáram   fluxusával:

 .

Az ideális gáz részecskéinek (atomjainak vagy molekuláinak) darabszám-fluxusa a kinetikus gázelmélet értelmében

 ,

ahol   a molekulák térbeli darabsűrűsége,   pedig a molekulák átlagsebessége.

A részecskeszám-sűrűség:  , ahol   a részecskeszám, és   a térfogat.

  függ a hőmérséklettől ( ) és a nyomástól ( ):

 ,

ahol   a Boltzmann-állandó.

A molekulák átlagsebessége a kinetikus gázelmélet szerint:

 ,

ahol   a molekulatömeg.


A fentiek behelyettesítésével a fluxusra az alábbi kifejezés írható fel:

 .

Látható, hogy a fluxus és a nyomás közötti egyenes arányosság szigorúan véve csak állandó hőmérsékleten és adott molekulatömegnél érvényes. A gázadszorpciós kísérletek azonban jellemzően környezeti hőmérsékleten, könnyű gázokkal történnek, ezért a négyzetgyökös T- és m-függés miatt jó közelítéssel érvényes a fluxus és a nyomás közti lineáris összefüggés. A nyomásból kifejezett langmuir egység általában alkalmas a felületet érő fluxus jellemzésére.

AlkalmazásaSzerkesztés

Ha azt feltételezzük, hogy a felületre érkező részecskék mindegyike megtapad, akkor 1 L dózis (expozíció) körülbelül egy monoréteg (egy atomnyi vagy molekulányi vastagságú réteg) kialakulásához vezet. A rétegépülés sebességét tehát a langmuir mennyiségén kívül a megtapadás valószínűsége befolyásolja, melyet felületi kölcsönhatások és anyagjellemzők alakítanak. Mivel a megtapadás valószínűsége maximum 100% lehet, ezért a langmuir mennyiség a rétegépüléshez szükséges idő minimumára ad becslést.

A mennyiség egyben rávilágít arra is, hogy a legtöbb nanofizikai és felületfizikai kísérletet miért nagyvákuumban hajtják végre. Mivel egy-egy megfigyelni kívánt reakció jellemző időbeli lefolyása akár órákig is tarthat, a kellő tisztaság fenntartásának érdekében a műveletet ritka gázban kell végezni. Minél kisebb a gáztér általi kitettség, annál hosszabb ideig maradhat fenn a vizsgált rendszer kívánt szennyezetlensége.

JegyzetekSzerkesztés

  1. Mills, Ian. Quantities, units, and symbols in physical chemistry (PDF) (angol nyelven), Blackwell Scientific Publications CRC Press distributor, 65. o. (1993). ISBN 0-632-03583-8. OCLC 27011505. Hozzáférés ideje: 2018. július 10. 
  2. Alpert, D. (1953). „New Developments in the Production and Measurement of Ultra High Vacuum”. Journal of Applied Physics 24 (7), 860–876. o, Kiadó: AIP Publishing. DOI:10.1063/1.1721395. ISSN 0021-8979.  

FordításSzerkesztés

Ez a szócikk részben vagy egészben a Langmuir (unit) című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.

ForrásokSzerkesztés

Tananyagok, ismeretterjesztő weblapokSzerkesztés

SzakkönyvekSzerkesztés

  • Giber János és szerzőtársai: Szilárdtestek felületfizikája. Budapest: Műszaki Könyvkiadó. 1987. ISBN 9789631071115  
  • Lueth, H. (1997), Surfaces and Interfaces of Solid Materials (3rd ed.), Springer