Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Влияние граничных условий на зарядовую неустойчивость в полимерных пленках Загуренко, Тимофей Геннадьевич

Влияние граничных условий на зарядовую неустойчивость в полимерных пленках
<
Влияние граничных условий на зарядовую неустойчивость в полимерных пленках Влияние граничных условий на зарядовую неустойчивость в полимерных пленках Влияние граничных условий на зарядовую неустойчивость в полимерных пленках Влияние граничных условий на зарядовую неустойчивость в полимерных пленках Влияние граничных условий на зарядовую неустойчивость в полимерных пленках Влияние граничных условий на зарядовую неустойчивость в полимерных пленках Влияние граничных условий на зарядовую неустойчивость в полимерных пленках Влияние граничных условий на зарядовую неустойчивость в полимерных пленках Влияние граничных условий на зарядовую неустойчивость в полимерных пленках Влияние граничных условий на зарядовую неустойчивость в полимерных пленках Влияние граничных условий на зарядовую неустойчивость в полимерных пленках Влияние граничных условий на зарядовую неустойчивость в полимерных пленках Влияние граничных условий на зарядовую неустойчивость в полимерных пленках Влияние граничных условий на зарядовую неустойчивость в полимерных пленках Влияние граничных условий на зарядовую неустойчивость в полимерных пленках
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Загуренко, Тимофей Геннадьевич. Влияние граничных условий на зарядовую неустойчивость в полимерных пленках : диссертация ... кандидата физико-математических наук : 01.04.07.- Уфа, 2000.- 152 с.: ил. РГБ ОД, 61 01-1/698-2

Содержание к диссертации

Введение

Глава I. Обзор 7

1.1. Эффект переключения и перенос заряда в полимерных пленках 7

1.2. Исследование электрофизических свойств тонких пленок полиариленфталидов 20

1.3. Обсуждение существующих моделей 38

Глава II. Объекты и методы исследования 44

11.1. Поли(3,3 -фталидилиден-4,4 -бифенилилен) 44

11.2. Методика приготовления полимерных пленок. 46

11.3. Оценка толщины полимерной пленки 47

11.4. Методика подготовки металлических электродов 47

11.5. Методика подготовки наноструктурных электродов . 51

II.6. Описание экспериментальной установки для проведения температурных измерений 58

11.7. Описание экспериментальной установки для измерения ВАХ методом комбинированного воздействия 63

11.8. Анализ ошибок измерений 66

Глава III. Электронное переключение в Мі-П-Мг системе при плавлении одного из электродов 70

111.1. Исследование влияния диффузии материала электродов в объем полимера 70

III.2. Влияние разности потенциалов на переход в ВПС 79

111.3. Исследование влияния на эффект переключения внешних параметров 82

Глава IV. Анализ применимости инжекционной модели 95

IV.1. Оценка концентрации неравновесного заряда 95

IV.2. Динамика ВАХ в области перехода образца в ВПС 102

з

Глава V. Эффект переключения при эволюции микроструктуры в наноструктурном металле 115

V.1. Температурные зависимости тока, протекающего через систему металл - полимер - наноструктурный металл 116

V.2. Влияние низкотемпературного отжига на эффектпереключения 122

V.3. Влияние внешних параметров 129

V.4. Обсуждение результатов 129

Заключение и основные выводы 132

Список литературы

Введение к работе

Актуальность темы. Явление электронного переключения в полупроводниках и диэлектриках широко изучается с 60-х годов 20-го века. Однако в первых же работах было обнаружено, что в полимерных диэлектриках, это явление имеет свои особенности. Активные исследования последнего десятилетия показали, что в полимерах переключение может быть инициировано не только электрическим полем, как в полупроводниках и окисных пленках, но и такими физическими воздействиями, как малое одноосное давление, термоионизация объемных ловушек, облучение электронами и другими. Наиболее интересный результат, с точки зрения настоящей работы, представляет собой нетривиальный способ возбуждения эффекта электронного переключения по методу вариации граничных условий. С экспериментальной позиции этот метод лишен недостатков, при-сущігх другим методам, позволяет избежать многих вопросов, связанных с наличием различных артефактов. В то же время, изучение закономерностей эффекта электронного переключения в данном виде может дать существенный вклад для построения физической модели электронного переключения в полимерах, отсутствующей до настоящего времени.

Поэтому исследование механизмов переноса їаряда в полимерных системах представляет огромный интерес и с точки зрения фундаментальной науки, и с практической стороны.

Цель настоящей диссертационной работы - исследование особенностей переноса заряда в пленках поли(3,3"-фталидилиден-4,4"-бифенилен)а (ПФБ) в системе металл - ПФБ - металл (Мі-П-М2) при изменении граничных условий на поверхности раздела полимер - металл в результате структурных превращений, происходящих в одном из электродов (метод вариации граничных условий).

Научная новизна. В рамках проведенной работы было экспериментально исследовано влияние внешних параметров на эффект переключения в системе металл — полимер - металл при изменении условий на границе раздела металл - полимер в результате плавления металла.

В системе металл - полимер - наноструктурный металл обнаружен и экспериментально исследован эффект электронного переключения при изменении условий на поверхности раздела металл - полимер при эволюции микроструктуры в наноструктурном металле.

С помощью метода сканирования квазиуровня Ферми проведено исследование динамики энергетических уровней в запрещенной зоне полимера вблизи порога перехода системы Мі-П-М2 в высокопроводящее состояние по давлению.

Защищаемые положения: 1. При плавлении одного из электродов происходит электронное перек-

лючение в результате критического увеличения концентрации неравновесного объемного заряда, вызванного изменением граничных условий для инжекции из металла.

2. Электронное переключение в системе металл - ПФБ - металл может происходить в результате эволюции микроструктуры в металле.

Практическая ценность работы заключается в возможности использования разработанного метода вариации граничных условий на поверхности раздела металл - полимер для изучения структурных превращений, происходящих в металле. В основе данного применения результатов работы лежит нелинейный отклик электропроводности системы металл - полимер - металл на изменение состояния границы раздела металл - полимер.

В работе продемонстрированы механизмы изменений электронных свойств тонких полимерных пленок, вызванных малыми энергетическими воздействиями. Полученные результаты могут быть использованы для построения общей теории электронного переключения в полимерных материалах.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на различных конференциях, в частности, V и VII Всероссийской конференции «Структура и динамика молекулярных систем» (Йошкар-Ола, Россия, 1998 и 2000); International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals (ICSM'98), (Nantes, France, 1998); ICEPOM-1 "Electronic Processes in Organic Materials" (Kyiv, Ukrain, 1998); NATO Advanced Research Workshop "Investigations and Applications of Severe Plastic Deformation" (Moscow, Russia, 1999); Совещании «Зондовая микроскопия - 2000» (Нижний Новгород, Россия 2000).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей в научных изданиях, представлено 13 докладов на различных конференциях.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, четырех глав, выводов и списка литературы. Общий объем работы составляет 149 страниц, 32 рисунков. Библиография включает 146 названий.

Исследование электрофизических свойств тонких пленок полиариленфталидов

В работе [20] была сделана попытка обобщения необычных результатов и развития модели стимулированной давлением инжекции носителей тока из металла в зону проводимости диэлектрика. Согласно этой модели сжатие вещества вызывает распад поверхностных состояний, играющих роль акцепторов электронов [21], при этом из-за увеличения поляризуемости может происходить понижение дна зоны проводимости полимерного диэлектрика. В результате при некотором Р Pth, структура энергетических зон вблизи границы раздела металл-диэлектрик оказывается благоприятной для инжекции носителей, хотя при Р Pth этот процесс либо вообще не реализуется, либо имеет крайне низкую эффективность. Таким образом, давление стимулирует инжекцию носителей из металла в полимер, которая возможна при определенном соотношении между работой выхода металла фт и значением энергии дна зоны проводимости диэлектрика Ес (фт Ес). А экспоненциальная зависимость R от d2 связана с тем, что инжектированные носители не могут проникать в диэлектрическую пленку на большую глубину.

К сожалению, эти работы не получили дальнейшего развития и многие возникшие вопросы остались без ответов, например: 1. Каково влияние электронной структуры полимера на эффект, так как в работах [19, 20] прямо говорится, что при одной и той же толщине разные полимеры ведут себя по-разному. 2. Природа аномальной проводимости. 3. Причины резкого понижения порогового давления при использовании сдвиговых деформаций.

Началом следующего этапа в исследовании проводящих свойств полимеров можно считать появление работы [22], в которой сообщалось о низком сопротивлении ( 105 Ом) тонких пленок полипропилена (d 0.1 мкм) при небольшом давлении и в слабом электрическом поле (-10" -10" В). В работе была выдвинута гипотеза о возможности возникновения специфических доменных структур с высокой электропроводностью. Характерные размеры этих доменов имеют порядок от 6 до 50 нм, что сопоставимо с размерами кристаллических областей в полипропилене. И при приближении толщины полимера к размерам доменов они (домены) могут образовывать проводящие мостики между электродами.

Немного позднее были обнаружены аномалии в магнитных свойствах окисленного полипропилена [23]. На пленках толщиной 0.3-100 мкм в области 300 К наблюдался температурный скачок сопротивления на 9 порядков вплоть до приборного нуля и аномально сильный (до 10"6 ед. СГС) диамагнетизм, разрушаемый магнитным полем [24]. Диамагнитная восприимчивость к(В) большинства образцов ( 90%) и крупных кусков полимера размером 1-2 мм при 293 К имела типично ферромагнитный характер с насыщением в области 0.05-0.1 Тл. Часть образцов 10% переходит в аномально сильное диамагнитное состояние устойчивое при комнатной температуре. Его особенностями являются резкая зависимость к(В) (к достигает -3-10" в слабых полях) и скачкообразное разрушение диамагнетизма при В Bth с переходом в ферромагнитное состояние.

В связи с тем, что результаты работы [24] являются чрезвычайно важными для понимания физической природы органических материалов, было принципиально воспроизвести их. Тем более что проводимость тонких пленок полипропилена (ПП) изучалась и другими группами исследователей, однако аномалий в проводимости обнаружить удавалось не всегда [25, 26]. Так в работе Усиченко и др. [26] изучалась электропроводность пленок полипропилена толщиной 1-6 мкм в зависимости от давления и от величины электрического поля. Было показано, что малые давления до 1.2 МПа улучшают контакт, что регистрировалось, как увеличение проводимости. Последующее увеличение давления до 2 МПа изменение проводимости не вызывало. Отмечалось, что сопротивление тонкой пленки ниже сопротивления объемного образца. Полученные вольтамперные характеристики (ВАХ) были нелинейные и интерпретировались в рамках модели токов ограниченных пространственным зарядом. Был обнаружен эффект формовки в электрическом поле, который приводил к тому, что на ВАХ наблюдался участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением S-образного типа.

Архангородским с соавторами [27] было проведено исследование проводимости пленок окисленного полипропилена (d = 5-40 мкм) в зависимости от электрического поля, температуры, давления, геометрии образца и материала подложки. В образцах, имеющих планарную геометрию, изменения сопротивления не было обнаружено, сопротивление было более чем 10" Ом. В образцах с электродами экспериментальных геометрий типа "сэндвич" или "игла - плоскость" при Р 0.1 кг/см были обнаружены области пониженного сопротивления с R 1-100 Ом. Зависимость сопротивления полимерного образца от величины приложенного одноосного давления имела линейный характер. В работе отмечалось, что при сжатии не было достигнуто насыщения зависимости R(P). Температурная зависимость проводимости имела металлический характер вплоть до области стеклования. Выше по температуре (Т 250 К) наблюдался переход в непроводящее состояние. Зависимость была полностью обратима по температуре. Нагрев выше 290 К приводил к необратимому увеличению сопротивления. Проводимость восстанавливалась после охлаждения ниже 290 К и приложения давления -0.2 кг/см . Эффект переключения существенно зависел от материала электродов, но величина проводимости и вид ВАХ для разных материалов качественно не отличались. Наилучшие результаты были получены для меди. Зависимость проводимости от напряжения обнаружена не была. В работе обосновывалось предположение о проводящих областях - узких каналах, сопротивление растекания которых определяет сопротивление системы полимер-металл, и было сделано важное предположение о необходимости, рассматривать свойства не отдельного полимера, а системы (контакта) полимер-металл.

Методика подготовки наноструктурных электродов

ВАХ измерялась при одновременном воздействии на образец электрического поля, постоянного и переменного давления. Созданная установка позволяла с помощью постоянного давления Рпост подводить рабочую точку непосредственно к области перехода (рис.П.12). С помощью переменного значительно меньшего постоянного давления Рпер задавалась рабочая точка в области перехода. При этом амплитуда переменного воздействия подбиралась таким образом, чтобы суммарного постоянного и переменного давления было бы недостаточно для перехода образца в высокопроводящее состояние. Регистрация ВАХ проводилась с помощью селективного усилителя на частоте переменного воздействия. Напряжение на образец подавалось от генератора сигналов специальной формы. Напряжение имело форму линейной пилы с частотой 0.01 Гц.

Для нахождения оценки некоторой физической величины , связанной с измеряемыми величинами Х\, х2, ..., хп соотношением: = ф(деі,х2, ..., л), (П.1) где функция ф предполагается известной, включая и значения различных постоянных (физических и математических констант), входящих в ее выражение, сначала необходимо вычислить оценки я , »—» й аргументов функции ф, а затем найти оценку самой величины %: % = ф1,х2,...Хп). (ІІ.2)

Применение этой формулы оправдано, если функция ф может быть линеаризована относительно своих аргументов, т.е. если отклонения значений аргументов от их истинных значений можно считать «малыми» в том смысле, что исследуемую функцию можно приближенно заменить линейной функцией этих отклонений. Возможность линеаризации функции при ошибках измерения обычно не вызывает сомнений из физических соображений. Следует лишь иметь в виду, что линеаризация недопустима в том случае, когда производная dtyldx в точке х = равна нулю или обращается в бесконечность.

Оценки математических ожиданий аргументов определяются по формуле [114]: где п - число измерений. Следующим этапом обработки результатов измерений является нахождение оценки точности \. При условии возможности линеаризации функции ф, для оценки дисперсии \ можно воспользоваться формулой:

Для применения этой формулы необходимо определить оценки дисперсии значений Я;, получаемых путем прямых измерений. Если для определения величины Х{ проводится серия равноточных измерений, для определения дисперсии можно воспользоваться формулой:

Если измерение величины ХІ производится один раз прибором, точность которого известна и задана средней квадратичной ошибкой его отсчета с,-, за дисперсию можно принять значение этой ошибки.

Если точность прибора указана в паспорте не с помощью значения средней квадратичной ошибки, а с помощью «максимальной ошибки» h, как это чаще бывает на практике, величина а, не определяется однозначно. В таких случаях обычно принимают, что величина h соответствует интервалу За («правило За»), т.е. полагают Gi = h/3. (П.6)

Оценки параметров закона распределения, получаемые по случайным значениям элементов выборки, являются случайными величинами, которые следует рассматривать как приближенные значения этих параметров. Для характеристики точности оценок в теории ошибок обычно пользуются методом доверительных интервалов. Сущность этого метода заключается в следующем. Предположим, требуется охарактеризовать точность оценки її параметра а. Выберем некоторую вероятность а, близкую к единице. Далее, определим такой интервал (а - є , а + є ), вероятность попадания в который случайной величины її равнялась бы а. Определенный таким образом интервал называется доверительным интервалом, соответствующим доверительной вероятности а. Смысл введения доверительного интервала состоит в том, что с вероятностью а гарантируется ошибка в определении параметра а, не превосходящая по абсолютной величине є.

В практике физических измерений в подавляющем большинстве случаев можно считать, что величина \ подчиняется нормальному закону распределения. В этом случае величина доверительного интервала и доверительная вероятность связаны функцией Лапласа: рения величины может быть записан в виде ( ±2аП с вероятностью а = = 0.95; во втором случае в виде ( ± За?) с вероятностью а = 0.997. При определении толщины полимерной пленки методом прямого измерения толщины стопки из нескольких пленок микрометром погрешность определялась следующим образом. Для каждой из приведенных на рисунке П.2 концентраций раствора изготавливались 10 образцов, измерялась их толщина, рассчитывалась дисперсия и по «правилу За» получалась максимальная величина погрешности, которая не превышала 7%. При использовании гравиметрического метода погрешность определялась приборной и составляла менее 5%.

При исследовании температурных зависимостей тока и разности потенциалов (РП) погрешность определения температуры определялась только приборной погрешностью и составляла ±0.1 С. Значение тока и РП получалось путем усреднения 10-1000 точек, промеренных с интервалом 10 мкс. Для каждого значения просчитывалась дисперсия и оценивалась погрешность. Максимальная величина погрешности тока и РП в экспериментах не превышала 8%.

При исследовании ВАХ измерения проводились при непрерывном с заданной скоростью изменении одного из параметров, то есть в каждой точке проводилось только одно измерение. Следовательно, в данном случае можно оценить лишь ошибки, связанные с погрешностями измерительных приборов. Применив «правило За», получаем, что максимальная величина погрешности составила 7 % (в процентах к измеряемой величине при доверительной вероятности а = 0.997).

Влияние разности потенциалов на переход в ВПС

На рисунке III.3 представлена вольтамперная характеристика полимерной пленки, находящейся в высокопроводящем состоянии при температуре выше температуры плавления электрода М2. Ток линейно растет при увеличении напряжения до величины Ith. При дальнейшем росте напряжения происходит резкое уменьшение проводимости, образец переходит в низкопрово-дящее состояние. На В АХ в этой области напряжений формируется участок с N-образным участком отрицательного дифференциального сопротивления. Значение I,h увеличивается при уменьшении толщины пленки, и плотность тока может достигать 4-6 А/см .

Аналогичная картина наблюдается при уменьшении величины балластного сопротивления, то есть при увеличении протекающего тока. При уменьшении балластного сопротивления до величины 1 КОм - 100 Ом переход в ВПС становится неустойчивым и плохо воспроизводимым. Пороговая величина сопротивления Rth уменьшается с толщиной полимерной пленки, что соответствует увеличению величина Ith. Следует отметить, что в отсутствии балластного сопротивления эффект вообще не наблюдается. Таким образом, установлено, что как и для эффекта переключения по полю для наблюдения и регистрации переключения при изменении граничных условий необходимо ограничение тока в измерительной цепи. Причиной этого может быть «выключение» проводимости большим током при его неограниченном росте в момент уменьшения сопротивления образца в момент перехода.

Кроме вышеперечисленных внешних параметров, было так же исследовано влияние материала электродов и полярности приложенного напряжения. Однако необходимо сразу оговориться о том, что на данном этапе работы можно говорить лишь о качественной картине влияния на эффект данных параметров. Это связано с тем, что большинство экспериментов проводилось на воздухе или в условиях низкого вакуума. В ходе исследований было установлено, что переход в высокопрово-дящее состояние наблюдается вне зависимости от материала электродов и полярности приложенного напряжения. Выявить определенный характер зависимости порогового напряжения от материала электродов и от полярности напряжения не удалось. Можно лишь говорить о том, что в области напряжений более 5 В каких-либо заметных различий, связанных с полярностью напряжения и материалом электродов, нет.

Флуктуанионный характер изменения тока, протекающего через МГП-М2 систему, и разности потенциалов при температурах вблизи температуры фазового перехода в жидкое состояние одного из электродов, совпадение температуры перехода системы в высокопроводящее состояние и температуры плавления электрода указывают на сильное влияние энергии межповерхностного взаимодействия в контакте металл - полимер на проводимость системы Мі-П-М2.

Отклонение температурной зависимости РП от экспоненциальной, наличие других температурных особенностей на этой зависимости могут являться следствием увеличения в полимерной пленке концентрации неравновесного объемного заряда в результате изменения условий на границе раздела металл-полимер вблизи температуры плавления металла. Воспроизводимость температурных измерений при достаточно большом времени выдержки образца между двумя последовательными циклами нагрев - охлаждение говорит о значительном времени релаксации объемного заряда в полимерной пленке, возникшего в результате инжекции из электрода.

В ходе экспериментов было установлено, что влияние на эффект переключения в Мі-П-М2 системе внешнего электрического поля и толщины полимерной пленки носит пороговый характер.

Результаты экспериментов показали, что эффект переключения стабильно воспроизводится при толщине полимерной пленки dth 7мкм. Дан 94 ный факт представляется очень важным с позиций электронного механизма организации высокопроводящего состояния, так как значение dth сопоставимо с удвоенным значением глубины проникновения поверхностного заряда [117, 118]. Иначе говоря, в подобных условиях невозможно различить области влияния объемной и поверхностной составляющих неравновесного заряда. При этом инжекция заряда происходит в практически весь объем полимера. Как следствие, существует пороговая зависимость электропроводности системы Мі-П-М2 от внешнего электрического поля.

Дополнительным фактом в пользу электронного механизма переключения является зависимость эффекта от скорости нагрева. Данная зависимость указывает на чувствительность эффекта к величине и характеру изменений на границе раздела металл - полимер. При малой скорости нагрева избыточный поверхностный заряд, возникающий в результате этих изменений, будет успевать релаксировать к квазиравновесному распределению, и поэтому, необходимая (с позиций электронного механизма) для организации высокопроводящего состояния критическая концентрация объемного заряда в полимере достигаться не будет.

Влияние низкотемпературного отжига на эффектпереключения

На рисунке V. 1 представлены характерные температурные зависимости тока, протекающего через систему Мі-П-М2 при нагреве в первом цикле нагрев-охлаждение, полученные при использовании в качестве М2 разных на-ноструктурных металлов. Кривая 1 соответствует наноструктурной меди, 2 -наноструктурному никелю. Контроль состояния проводимости образца осуществлялся по схеме регистрации с источником ЭДС в измерительной цепи (рис.ИЛО). Нагрев экспериментальной ячейки проводился с постоянной скоростью изменения температуры. Как видно из рисунка V.1, в области температур -0.4 Ттав наноструктурного электрода (150 С для меди и 220 С для никеля) наблюдается резкое увеличение тока. При дальнейшем нагреве в некотором интервале температур образец остается в высокопроводящем состоянии, затем возвращается в исходное диэлектрическое состояние.

Рассмотрим подробнее поведение температурной зависимости тока, протекающего через систему МГП-М2, на примере использования в качестве М2 электрода из наноструктурной меди. При комнатной температуре образец находился в диэлектрическом состоянии, величина тока, протекающего через систему МГП-М2, практически равна приборному нулю. При нагреве значение тока оставалось неизменным до температуры 140 - 145 С. При этих температурах наблюдалось возникновение осцилляции тока, амплитуда которых увеличивалась с ростом температуры до тех пор, пока система не переходила в ВПС. При дальнейшем нагреве в интервале 20 - 50 С образец оставался в высокопроводящем состоянии. В этом интервале температур флуктуации тока могли полностью и не исчезать, однако амплитуда их была на один-два порядка меньше значения тока, протекающего через МГП-М2 систему. Дальнейшее увеличение температуры приводило к новому росту амплитуды флуктуации тока и возвращению образца в исходное диэлектрическое состояние. В этом состоянии образец находился при дальнейшем нагреве.

Аналогичная картина наблюдалась при использовании в качестве М2 образца из наноструктурного никеля, только трапециевидное изменение тока регистрировалось в интервале температур 180 - 230 С.

Рассмотрим на примере наноструктурного никеля основные закономерности эволюции микроструктуры в чистых наноструктурных металлах, полученных методами ИПД, при низкотемпературном отжиге.

Структура чистого никеля, подвергнутого ИПД кручением (5 оборотов при комнатной температуре, Р = 7 ГПа) характеризуется очень мелкими зернами равноосной формы со средним размером около 100 нм, содержащими высокую плотность решеточных дислокаций, и наличием высоких внутренних напряжений. Зерна имеют преимущественно болыиеугловые границы [111].

При нагреве наноструктурного никеля происходят сложные структурные изменения, связанные с развитием процессов возврата, рекристаллизации и роста зерен. Считается, что природа возврата обусловлена, прежде всего, перераспределением и аннигиляцией дислокаций на границах и в теле зерен, приводящих к уменьшению внутренних напряжений. При этом точечные дефекты не играют существенной роли, поскольку число их остается постоянным вплоть до начала роста зерна.

Последовательность эволюции наноструктуры при нагреве можно представить следующим образом. В никеле вплоть до температуры 275 С размер зерен сохраняется, но внутри зерен и на границах происходит возврат структуры. При более высоких температурах начинаются рекристаллизация и быстрый рост зерен, который может носить аномальный характер, если в структуре есть остаточная плотность дислокаций.

Однако при этом обычно делают два замечания относительно данной схемы эволюции наноструктуры.

1) Последовательность процессов, протекающая при повышении температуры, конечно, не абсолютно строгая. Имеет место некоторое перекрытие между температурными интервалами их активизации, которое зависит от химической чистоты металла, режимов и условий интенсивной деформации.

2) Процесс, названный «рекристаллизацией», на самом деле отличается от того, который наблюдается при отжиге холодно деформированных металлов. «Обычная рекристаллизация» представляет собой зарождение и рост новых, совершенных зерен за счет деформированной матрицы, в которой в большей или меньшей мере имел место возврат. При протекании обычной рекристаллизации структура является бимодальной благодаря сосуществованию больших совершенных зерен и мелких несовершенных ячеек. Такой процесс рекристаллизации может привести к изменению, как размера зерен, так и их ориентации (текстуры). В отличие от описанного выше случая в никеле, подвергнутом ИПД, возврат структуры приводит к появлению зерен с одномо-дальным распределением по размерам и ориентациями, близкими к ориента-циям существовавшим в деформированном образце, то есть текстура не изменяется. Если по какой-либо причине миграция новых границ зерен будет затруднена, может произойти только возврат, и сформируется структура, главным образом, с маленькими, но разориентированными зернами. Изменение структуры происходит лишь в процессе последующего укрупнения зерен.

Для структуры ИПД меди характерны некоторые отличия по сравнению с наноструктурным никелем, связанные со следующими причинами. Во-первых, средний размер зерен в меди, подвергнутой ИПД кручением, обычно несколько больше (около 150 нм). Во-вторых, гомологическая температура (Т1Т,ыав, где Twiae - температура плавления), при которой происходит деформация и при которой образец выдерживается после деформации, для меди больше гомологической температуры никеля (значения температур равны 0.22 и 0.17 соответственно). Как следствие, в наноструктурной меди подвижность атомов выше, энергия активации зернограничной диффузии ниже, температура начала роста зерен еще меньше: 0.32 J g против 0.47 ,ee в никеле.