Kristal o'sishi

Kristallaming vujudga kelishi va oʻsishi.
Kristall - bu qattiq material bo'lib , uning tarkibiy qismlari , molekulalari yoki ionlari har uch fazoviy o'lchamda tarqaladigan tartibli takrorlanuvchi naqshda joylashgan. Kristal o'sishi kristallanish jarayonining asosiy bosqichi bo'lib , kristall panjaraning xarakterli joylashuviga yangi atomlar, ionlar yoki polimer qatorlarini qo'shishdan iborat . [1] [2] Oʻsish, odatda, bir hil yoki heterojen (sirt katalizlangan) yadrolanishning dastlabki bosqichidan keyin sodir boʻladi, agar oʻsishni boshlash uchun ataylab qoʻshilgan “urugʻ” kristali allaqachon mavjud boʻlmasa.
Kristal o'sishi ta'sirida atomlari yoki molekulalari bir-biriga nisbatan kosmosda qat'iy pozitsiyalarga ega bo'lgan qattiq kristall hosil qiladi. Moddaning kristall holati aniq strukturaviy qat'iylik va deformatsiyaga (ya'ni shakl va/yoki hajmning o'zgarishi) juda yuqori qarshilik bilan tavsiflanadi . Ko'pgina kristall qattiq jismlar Yang modulining ham, elastiklikning siljish modulining ham yuqori qiymatlariga ega . Bu past siljish moduliga ega bo'lgan va odatda makroskopik yopishqoq oqim qobiliyatiga ega bo'lgan suyuqliklar yoki suyuqliklardan farq qiladi .
Barqaror yadro muvaffaqiyatli shakllangandan so'ng, o'sish bosqichi boshlanadi, bunda erkin zarralar (atomlar yoki molekulalar) yadroga adsorbsiyalanadi va uning kristalli tuzilishini yadrolanish joyidan tashqariga tarqaladi. Bu jarayon yadrolanishdan sezilarli darajada tezroq. Bunday tez o'sishning sababi shundaki, haqiqiy kristallarda dislokatsiyalar va boshqa nuqsonlar mavjud bo'lib, ular mavjud kristall tuzilishga zarrachalar qo'shilishi uchun katalizator vazifasini bajaradi. Aksincha, mukammal kristallar (nuqsonlari yo'q) juda sekin o'sadi. [3] Boshqa tomondan, nopokliklar kristall o'sishi inhibitörleri sifatida harakat qilishi va kristall odatini o'zgartirishi mumkin . [4]
Yadrolanish begona zarralar ta'sirisiz bir jinsli yoki begona zarralar ta'sirida heterojen bo'lishi mumkin . Odatda, heterojen yadrolanish tezroq sodir bo'ladi, chunki begona zarralar kristallning o'sishi uchun iskala vazifasini bajaradi, bu esa yangi sirtni yaratish zaruratini va yuzaga keladigan energiya talablarini yo'q qiladi.
Geterogen yadrolanish bir necha usullar bilan amalga oshirilishi mumkin. Ulardan ba'zilari kristall o'stiriladigan idishdagi kichik qo'shimchalar yoki kesmalardir. Bunga shisha idishlarning yon va pastki qismidagi tirnalgan joylar kiradi. Kristal o'stirishda keng tarqalgan amaliyot bu eritmaga ip yoki tosh kabi begona moddalarni qo'shish va shu bilan kristall o'sishini osonlashtirish va to'liq kristallanish vaqtini qisqartirish uchun yadrolanish joylarini ta'minlashdir.
O'sib borayotgan kristallning kichik bir qismining sxemasi. Kristal oddiy kubik panjara ustidagi (ko'k) kubik zarralardan iborat. Yuqori qatlam to'liq emas, o'n oltita panjara pozitsiyasidan faqat o'ntasi zarrachalar bilan band. Suyuqlikdagi zarracha (qizil qirralar bilan ko'rsatilgan) kristallga qo'shilib, kristalni bitta zarrachaga oshirmoqda. U to'liq bo'lmagan yuqori qatlamning burchagida (sariq qirralar bilan ko'rsatilgan zarrachaning tepasida) bo'lgan uning energiyasi minimal bo'ladigan nuqtada panjara bilan birlashtiriladi. Uning energiyasi minimal bo'ladi, chunki bu holatda u o'zaro ta'sir qiladigan uchta qo'shniga ega (biri pastda, biri chapda va biri o'ngda). To'liq bo'lmagan kristall qatlamdagi barcha boshqa pozitsiyalar faqat bitta yoki ikkita qo'shniga ega.
Yadrolanish joylari soni ham shu tarzda nazorat qilinishi mumkin. Agar yangi shisha idish yoki plastik idish ishlatilsa, kristallar hosil bo'lmasligi mumkin, chunki idish yuzasi heterojen yadro hosil bo'lishiga yo'l qo'ymaslik uchun juda silliqdir. Boshqa tomondan, yomon tirnalgan idish kichik kristallarning ko'plab chiziqlariga olib keladi. O'rtacha miqdordagi o'rta kristallarga erishish uchun bir nechta tirnalgan idish eng yaxshi ishlaydi. Xuddi shunday, kristall o'stirish loyihasiga ilgari tayyorlangan kichik kristallar yoki urug'lik kristallarini qo'shish eritmaning yadrolanish joylarini ta'minlaydi. Faqat bitta urug 'kristalining qo'shilishi kattaroq monokristalga olib kelishi kerak.
Kristal va uning bug'lari orasidagi interfeys erish nuqtasidan ancha past haroratlarda molekulyar jihatdan keskin bo'lishi mumkin. Ideal kristalli sirt bir qatlamlarning yoyilishi yoki ekvivalenti, qatlamlarni chegaralovchi o'sish bosqichlarining lateral oldinga siljishi bilan o'sadi. Aniq o'sish sur'atlari uchun bu mexanizm yadrolanish to'sig'ini termal tebranishlar orqali sodir bo'lishi uchun etarli darajada pasaytirish uchun cheklangan harakatlantiruvchi kuchni (yoki o'ta sovutish darajasini) talab qiladi. [5] Eritmadan kristall o'sishi nazariyasida Burton va Kabrera ikkita asosiy mexanizmni ajratib ko'rsatdilar: [6] [7] [8]