Большая Советская Энциклопедия (МЕ) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ" (читать онлайн полную книгу TXT) 📗

Металлоиды

Металло'иды (от металлы и греч. éidos — вид, облик, образ),

  1) устаревшее название неметаллических элементов, см. Неметаллы .

  2) Иногда применяемое (в зарубежной и переводной литературе) общее название элементов В, Si, Ge, As, Sb, Te, Po, которые по свойствам занимают промежуточное положение между металлами и неметаллами.

Металлокерамические лампы

Металлокерами'ческие ла'мпы, электронные лампы (триоды и тетроды), вакуумплотная оболочка которых выполнена из металла и керамики. Применяются в радиотехнических устройствах для генерирования и усиления колебаний как в непрерывном, так и в импульсном режимах работы в дециметровом и сантиметровом диапазонах волн. М. л. разработаны в конце 30-х гг. 20 в. в Германии (фирма «Телефункен»). Оболочки М. л. изготавливают из форстеритовой керамики (2MgO×SiO₂ ) и титана, которые имеют одинаковые коэффициент теплового расширения, или из алюмооксидной керамики (Al₂ O₃ ) и металла (обычно медь, медно-никелевый сплав, ковар, титан). Электроды в М. л. (рис. 1 ) соединены металлическими дисками с металлическими цилиндрами, к которым подсоединяется съёмная часть колебательной системы из отрезков коаксиальных линий. Применение керамики вместо стекла повысило точность установки и жёсткость крепления электродов, что позволило сократить расстояния между электродами, например до 15—20 мкм между катодом и управляющей сеткой, и, как следствие, уменьшить время пролета электронов между электродами, увеличить предельное значение рабочей частоты. Большая термостойкость керамики и меньшие её диэлектрические потери на СВЧ по сравнению со стеклом, а также хороший отвод тепла от электродов через металлические диски, спаянные с керамикой, способствовали повышению мощности (рис. 2 ) и кпд М. л. Благодаря этим преимуществам металлокерамические оболочки с 50—60-х гг. применяются также и в др. электровакуумных приборах, например клистронах, магнетронах, тиратронах.

  Лит.: Антипов Г. Я., Мартаков Г. М., Генераторные металлокерамическпе лампы СВЧ диапазона, М., 1969.

  В. Ф. Коваленко.

Рис. 1. Металлокерамический триод типа ГС-4В: 1 — катод; 2 — управляющая сетка; 3 — анод; 4 — вывод анода; 5 — вывод управляющей сетки; 6 — вывод катода; 7 — вывод подогревателя катода. Габариты: высота 31 мм , диаметр 23 мм . Анодное напряжение 220 в , выходная мощность около 1 вт на частоте 4,2 Ггц .

Рис. 2. Зависимость предельных значений выходной мощности металлокерамических ламп от частоты в непрерывном режиме работы.

Металлометрическая съёмка

Металлометри'ческая съёмка, то же, что литохимическая съёмка .

Металлооптика

Металлоо'птика, раздел оптики , в котором изучается взаимодействие металлов с электромагнитными волнами. Основные оптические особенности металлов: большой коэффициент отражения R (например, у щелочных металлов R ~ 99%) в широком диапазоне длин волн и большой коэффициент поглощения (электромагнитная волна внутри металла затухает, пройдя слой толщиной d ~ 0,1¸1×10^-5см, см. Скин-эффект ). Эти особенности связаны с высокой концентрацией в металле электронов проводимости (см. Металлы ).

  Взаимодействуя с электромагнитной волной, падающей на поверхность металла. электроны проводимости одновременно взаимодействуют с колеблющимися ионами решётки. Основная часть энергии, приобретённой ими от электромагнитного поля, излучается в виде вторичных волн, которые, складываясь, создают отражённую волну. Часть энергии, передаваемая решётке, приводит к затуханию волны внутри металла. Электроны проводимости могут поглощать сколь угодно малые кванты электромагнитной энергии ћw (ћ — Планка постоянная , w — частота излучения). Поэтому они дают вклад в оптические свойства металла при всех частотах. Особенно велик их вклад в радиочастотной и инфракрасной областях спектра. По мере увеличения w вклад электронов проводимости в оптические свойства металлов уменьшается, уменьшается и различие между металлами и диэлектриками .

  Остальные валентные электроны влияют на оптические свойства металла только когда они участвуют во внутреннем фотоэффекте , что происходит при ћw ³ DE (DE — энергетическая щель между основным и возбуждённым состояниями электронов). Возбуждение электронов приводит к аномальной дисперсии волн и к полосе поглощения с максимумом вблизи частоты резонансного поглощения. Благодаря сильному электрон-электронному и электрон-ионному взаимодействию полосы поглощения в металле значительно шире, чем в диэлектрике. Обычно у металлов наблюдается несколько полос, расположенных главным образом в видимой и ближней ультрафиолетовой областях спектра. Однако для ряда поливалентных металлов наблюдаются полосы и в инфракрасной области спектра. При частотах w ³ w_п , где w_п — плазменная частота валентных электронов, в металле возбуждаются плазменные колебания электронов. Они приводят к появлению области прозрачности при w » w_п .

  В ультрафиолетовой области коэффициент отражения R падает и металлы по своим свойствам приближаются к диэлектрикам. При ещё больших частотах (рентгеновская область) оптические свойства определяются электронами внутренних оболочек атомов и металлы по оптическим свойствам не отличаются от диэлектриков.

  Оптические свойства металлов описываются комплексной диэлектрической проницаемостью :

где e' — вещественная диэлектрическая проницаемость, s — проводимость металла, или комплексным показателем преломления:

(k — показатель поглощения). Комплексность показателя преломления выражает экспоненциальное затухание волны внутри металла. При падении плоской волны на поверхность металла под углом j ¹ 0 волна внутри металла будет неоднородной. Плоскость равных амплитуд параллельна поверхности металла, плоскость равных фаз наклонена к ней под углом, величина которого зависит от j. Волны, отражённые от поверхности металла, поляризованные в плоскости падения и перпендикулярно к ней, имеют разность фаз. Благодаря этому плоскополяризованный свет после отражения становится эллиптически-поляризованным. Коэффициент отражения R волн, поляризованных в плоскости падения, у металлов, в отличие от диэлектриков, всегда ¹ 0, и лишь имеет минимум при определённом j.

  Для чистых металлов при низкой температуре в длинноволновой области спектра длина свободного пробега электронов l становится > d. При этом затухание волны перестаёт быть экспоненциальным, хотя и остаётся очень сильным (аномальный скин-эффект). В этом случае комплексный показатель преломления теряет смысл и связь между падающей и преломленной волной становится более сложной. Однако свойства отражённого света при любом соотношении между l и d полностью определяются поверхностным импедансом Z , с которым связывают эффективные комплексные показатели поглощения и преломления:

n_эф — i k_эф = 4p/(cZ ).

  При l < d величины n и k в формулах заменяются на n_эф и k_эф .

  Для измерения n и k массивного металлического образца исследуют свет, отражённый от его поверхности, либо поляризационными методами (измеряются характеристики эллиптической поляризации отражённого света), либо методами, основанными на измерении R (в широком спектральном диапазоне) при нормальном падении его на поверхность металла. Эти методы позволяют измерить оптические характеристики в инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой областях с ошибкой ~0,5—2%. Для измерения тонкой структуры полос поглощения используются методы, основанные на модуляции свойств металла, приводящей к модуляции интенсивности отражённого света, которая и измеряется (термоотражение, пьезоотражение и т.п.). Указанные методы позволяют с большой точностью определить изменения R при изменении температуры, при деформации и т.п. (см. табл.), а также исследовать тонкую структуру полос поглощения. Особое внимание уделяется приготовлению поверхности исследуемых образцов. Поверхности нужного качества получаются электрополировкой или испарением металла в вакууме с последующим осаждением его на полированные подложки.