Теория роста несовершенных кристаллов

Дальнейшим развитием молекулярно-кинетической теории роста и растворения кристаллов является дислокационная теория. Теория несовершенного роста кристаллов, или теория дислокаций [363— 368], является современной теорией и претендует на наиболее полное описание роста кристаллов из газовой фазы. Она объединяет все лучшее из существовавших до нее теорий. Основная идея ее заключается в том, что плоским двумерным зародышем новых атомарных или молекулярных слоев является дислокация — чисто геометрическое нарушение в кристаллической решетке. Дислокация обеспечивает наличие готовых ступеней на поверхности грани кристалла независимо от расстояния продвижения ступеньки, благодаря чему рост кристаллической грани становится непрерывным, так как разрастание слоя происходит достаточно быстро и считается, что оно не лимитирует скорости кристаллизации. [c.96]

Теория роста несовершенных кристаллов [c.196]

Так как теория роста несовершенных кристаллов подразумевает дислокационный механизм, полезно кратко ознакомиться с природой дислокаций в кристаллической решетке. Дислокации относятся к линейным нарушениям в кристаллах, решетка которых имеет дефекты ориентации. Дислокации важны при росте кристаллов потому, что они возникают на растущей поверхности кристаллов. [c.196]

Существует еще один важный процесс роста, который нужно рассмотреть,— это кристаллизация из расплава. Имеются определенные доказательства того, что кристаллизация воды и нескольких органических веществ может происходить по механизму Франка [33]. Однако, как было сказано выше, при температурах вблизи точки плавления появляется шероховатость поверхности и дислокационный механизм становится недействительным. Кроме того, при росте из расплава следует учитывать существование важного фактора рассеяния теплоты плавления, который не является уже таким малым, как, по-видимому, в случае роста из паровой фазы и разбавленного раствора, когда им можно пренебрегать. На этом основании полагают, что теория роста несовершенных кристаллов в общем неприменима к росту из расплава. [c.203]

После того как была сформулирована теория роста несовершенных кристаллов, многие исследователи начали изучать на гранях различных кристаллов формы спиралей роста с высотой ступени порядка размеров [c.203]

Вторая часть является относительно новым этапом развития теории роста кристаллов, распространяющим ее на несовершенные кристаллы. Основой для этого служит постулат английского физика Франка о том, [c.193]

Диффузионная теория не дает удовлетворительного объяснения многих явлений, связанных с ростом кристаллов, и уступает более современным теориям. К последним относятся молекулярно-кинетическая теория идеально совершенного роста и теория идеально несовершенного роста кристаллов (теория дислокаций). [c.64]

Интересно отметить, что так называемые винтовые и краевые дислокации приводят к образованию спиральных фронтов роста на поверхности кристалла [110]. Этот процесс интерпретируется на базе дислокационной теории роста кристалла или теории идеально несовершенного роста [111]. [c.65]

Теория идеального роста кристаллов не может также объяснить и тот факт, что в практических условиях заметная линейная скорость роста кристаллов наблюдается уже при пересыщениях около 1%, в то время как, согласно теоретическим расчетам [33], для этих условий пересыщение должно составлять не менее 150—200%. Это несоответствие хорошо объясняется разработанной позднее теорией несовершенного роста кристаллов или теорией дислокаций [179—183]. Согласно этой теории, при росте реального кристалла образуются дислокации, т. е. искажения кристаллической решетки, и на поверхности граней появляются ступеньки размерами от молекулярных до микроскопических. Такие дефекты могут возникать из-за колебания температуры, наличия примесей, одновременного разрастания по одной грани нескольких зародышей и т. д. Наличие подобных террас и ступенек на грани кристалла устраняет необходимость двухмерных зародышей для его роста и рост кристалла может происходить при ничтожно малом пересыщении. [c.90]

Дислокационная теория значительно лучше соответствует действительности. В отличие от рассмотренных выше теорий, разработанных для роста идеальных кристаллов, который наблюдается только в исключительных случаях [103], дислокационная теория описывает рост реальных кристаллов, имеющих несовершенную кристаллическую решетку. Нарушения в строении решетки, которые могут встречаться в кристаллах, подразделяются [104, 105] на точечные (места с более высокой энергией, вакансии [106], избыточные частицы [107], посторонние атомы), винтовые (дислокации) и плоские (системы дислокаций). [c.56]

Теория адсорбционного слоя [82—85] исходит из следующих положений. Молекула кристаллизуемого вещества при подходе к поверхности кристалла теряет часть своей кинетической энергии, в результате чего у нее остается возможность движения только в поверхностном адсорбционном слое, аналогичном по числу степеней свободы двумерному газу. Равновесие адсорбционного слоя с раствором возникает практически мгновенно, и решающим для кинетики является поведение частиц в самом этом слое. Молекулы, которые находятся у поверхности твердой фазы, имеют несколько возможностей включиться в кристаллическую решетку, возвратиться в раствор или при большом пересыщении образовать в двумерном слое новые зародыши, вызывающие возникновение и рост новой решетки (в этом случае кристалл растет несовершенно). Из этой теории выводится соотношение скоростей роста двух граней (1 и 2) при кристаллизации [c.54]

Теория роста кристаллов делится естественным образом на две части а) теорию роста совершенных кристаллов и б) теорию роста несовершенных кристаллов. История развития первой из них начинается с трудов Гиббса [26], продолжаясь в трудах Фольмера [93], Косселя [48], Странско-го [84], Беккера и Дёринга [4], Френкеля [24] и Бартона и Кабреры [16]. Так как эта теория относится к идеализированным совершенным кристаллам, редко встречающимся в природе, она может объяснить только небольшую часть результатов, полученных при изучении роста кристаллов. Здесь она будет затронута лишь кратко подробности же можно найти в оригинальных работах. [c.193]

Объяснение этих, казалось бы, аномальных явлений было предложено Франком [22], который указал, что большинство кристаллов имеет несовершенства решетки в виде дислокаций и что определенные дислокации обусловливают такой механизм роста, при котором для продолжения роста кристаллической поверхности повторного центрообразования не нужно. Этот постулат является основой теории роста несовершенных кристаллов. [c.196]

Исследование кристаллизации макромолекулярных веществ сначала проводили в тех направлениях, которые были известны из работ по низкомолекулярным соединениям. В частности, интенсивно изучали развитие степени кристалличности во времени и находили корреляцию этих данных с ростом сферолитной структуры (см., например, [182, 262]). Следующим этапом явилось открытие способности гибких, подвижных макромолекул складываться при кристаллизации (разд. 3.2.2.1) и обнаружение значительной разупорядоченности даже в кажущихся совершенными ламелях (см. гл. 4). Сразу же был сделан вывод, что складывание цепей и несовершенная кристаллизация должны иметь (инетическую природу, поскольку образующиеся кристаллы в значительной мере метастабильны (см. гл. 9 т. 3). Значительно более сложные кинетические теории роста макромолекулярных кристаллов из раствора и из расплава, в которых центральным постулатом являлось складывание цепей, берут свое начало с работ Лау-ритцена и Гофмана [234], а также Прайса [312], появившихся спустя лишь два года после того, как была осознана вся важность складывания цепей для кристаллизации полимеров (см. также разд. 3.2.2). Подробности, относящиеся к развитию этих теорий, были рассмотрены Прайсом [315], Нахманом [413], Гофманом и др. [160] и Санчесом [337]. Наконец, описанное в разд. 5.3 молекулярное зародышеобразование позволяет понять и объяснить данные по кристаллизации [c.156]

Первая количественная теория роста кристачлов была предложена Гиббсом [118] на основе развитой им термодинамики "Когда кристалл находится в таком равновесном состоянии, что он может расти или растворяться, то вероятна следующая последовательность молекулярных процессов. Поскольку молекулы, расположенные в углах и на кромках совершенного кристалла, будут менее крепко связаны со своими местами по сравнению с молекулами, находящимися в середине какой-либо грани, то можно предположить, что, если выполняется условие теоретического равновесия, некоторые из наиболее выступающих слоев молекул на каждой из кристаллических граней окажутся не полностью застроенными по направлению к кромкам. Границы этих несовершенных слоев флуктуируют, поскольку отдельные молекулы встраиваются или удаляются.. . Теперь непрерывный рост любой грани кристалла оказывается невозможным до тех пор, пока не смогут образоваться новые слои. Для этого должна существовать величина р (потенциал кристалла), которая может превышать равновесное значение этой величины на конечное значение. Поскольку основная сложность образования нового слоя связана с его зарождением, то необходимое значение ц может не зависеть от площади грани.. . По-видимому, любая стадия удаления слоя молекул не связана с такими же трудностями, которые характерны для зарождения нового слоя.. . "Здесь в ясной форме содержится утверждение, что кристаллизация обратима до этапа, названного в гл. 5 вторичным зародышеобразованием для протекания последнего необходимо преодоление более высокого барьера свободной энергии, который для стадии растворения не существует. К этому времени эти две стадии образования кристалла — зародышеобразование и рост — приобрели точный термодинамический смысл. [c.155]

Однако рост кристаллической поверхности при обязательном возникновении центра кристаллизации за счет диффузии вещества из граничного слоя не оправдался на практике реальные кристаллы растут во много раз быстрее, чем это может быть разрешено классическим представлением о росте кристалла. Расхождение теории и практики нашло объяснение в дефектности (несовершенности) реальных кристаллов. Дефекты могут быть трех типов это места некоторых атомов (ионов) в кристаллической решетке, занятые чужеродными атомами (ионами) чужеродные атомы (ионы) или атомы основного вещества, располагающиеся в междуузлиях чисто геометрические нарушения в кристаллической решетке (дислокации). [c.16]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология