Винтовые спиральные дислокации

Рис. 16.5. Развитие спирального роста кристалла, вызванное единичной винтовой дислокацией

В соответствии с теорией дислокаций в процессе роста кристалла, особенно при массовой кристаллизации, его решетка искажается. Температурные градиенты у поверхности кристалла, возникающие вследствие неизотермичности кристаллизации, адсорбция примесей и другие причины приводят к появлению дислокаций, дефектов поверхности грани, которая оказывается не идеально плоской, а имеющей неровный рельеф. При кристаллизации из растворов, из газов, при образовании твердой фазы в результате химической реакции рельеф поверхности кристалла может иметь точечные нарушения, но часто приобретает форму плоских или винтовых, спиральных, уступов (ступенек), имеющих молекулярные или немного большие размеры. При росте кристалла, образующие его частицы присоединяются к ступеньке (к ее ребру), в результате чего спираль закручивается вокруг некоторого центра. Это приводит к появлению новых слоев. [c.246]

Для бездислокационных граней между стационарной скоростью распространения ступени роста и перенапряжением при небольших т] существует линейная зависимость [=kL , где Ь — длина растущей ступени. Для кристаллов с винтовой дислокацией была найдена линейная зависимость между током и г) , которая объясняется тем, что при спиральном росте общая длина L спирального фронта обратно пропорциональна расстоянию между последовательными витками спирали и, следовательно, пропорциональна перенапряжению. Зная эти зависимости, можно приготовить поверхности с точно известной плотностью ступеней роста. Согласно импедансным измерениям на таких поверхностях плотность тока обмена пропорциональна длине ступеней. Это означает, что осаждение адатомов на ступенях является более быстрым процессом, чем осаждение на кристаллической плоскости, а найденная плотность тока обмена, составляющая 600 А/см , характеризует обмен между адатомами в местах роста и ионами в растворе. С другой стороны, импедансные измерения на идеально гладких поверхностях позволили определить ток обмена адатомов на кристаллической плоскости с ионами раствора, который оказался равным всего 0,06 А/см . Таким образом, при электрокристаллизации серебра из концентрированных растворов осуществляется преимущественно механизм непосредственного вхождения адатомов в места роста, вклад же поверхностной диффузии даже при наивысшей плотности ступеней не превышает нескольких процентов. [c.327]

На рис. -10, а [74] и У-Ю, б показан другой тип дислокации, а именно винтовая дислокация. Каждый кубик на верхнем рисунке — это атом или узел решетки. Дислокацию этого типа хорошо имитирует надрезанный ластик, одна часть которого смещена относительно другой. Если в некоторой плоскости кристалла возникает сдвиг, спиральная дислокация может быть следствием скольжения по любой плоскости, содержащей линию сдвига АВ (рис. У-10, б). По своей природе [c.216]

В том случае, если на поверхности имеются винтовые дислокации, построение кристаллической решетки может происходить путем спирально передвигающегося роста грани кристалла (рис. 3-2). [c.240]

Увеличение концентрации раствора или скорости кристаллизации может приводить к образованию более сложных структур. Вырастающие в этих условиях пластины наслаиваются одна на другую и образуют ступенчатые террасы, аналогично тому, как это иногда наблюдается при кристаллизации нормальных парафинов (рис. 1.8). Наслаивание пластин может происходить по механизму винтовых (спиральных) дислокаций. [c.172]

Таким образом, на поверхности пинакоида кристаллов синтетического кварца в одних и тех же условиях проявляются два различных механизма роста. При отсутствии дислокаций наблюдается нормальное отложение вещества с образованием характерной ячеистой структуры. Если же в кристалле имеются винтовые дислокации, кристаллизация происходит в основном по спирально-слоистому механизму. Зачастую оба механизма действуют 160 [c.160]

При возрастании степени переохлаждения (т. е. при проведении кристаллизации в области низких температур) происходит агрегация мелких ромбовидных монокристаллов в дендритные кристаллы. Кроме того, обычно в большинстве случаев вместо отдельных монослоев единичных кристаллов типа показанных на рис. III.7 образуются кристаллы, состоящие из спирально закрученных тонких слоев. Рост таких кристаллов протекает по механизму так называемых винтовых (спиральных) дислокаций. [c.175]

Количественные расчеты показывают, что для зарождения новой ступени на атомарно-гладкой поверхности требуются большие пересыщения. Между тем известно, что кристаллы растут уже при низких пересыщениях. Убедительное объяснение механизма роста кристаллов в таких условиях было дано с помощью развитых в последнее время представлений о винтовых дислокациях, генерирующих на поверхности ступень, неисчезающую в процессе роста ступень (спиральный рост кристаллов), а также с учетом экспери- [c.367]

На рис. 16.5 показана винтовая дислокация, в результате которой на поверхности грани появляется мономолекулярный выступ. Присоединение уже первого структурного элемента к краю дислокации приводит к выигрышу эн( ргии 2а н обеспечивает появление повторяющегося шага с выигрышем энергии За. За счет присоединения новых элементов дислокационный выступ будет продвигаться в направлении I. Одновременно с этим у центра дислокации О появится другой выступ, перпендикулярный к ее первоначальному направлению, также способный к дальнейшему росту, но уже в направлении 2. У нового центра дислокации вновь возникают благоприятные условия для реализации повторяющегося шага в направлении 3 и таким образом спустя некоторое время после включения тока первоначальная дислокация разовьется в спиральный фронт роста. На иоверхности грани может быть не одна, а боль- [c.338]

При контакте с ненасыщенным раствором амфитеатр будет углубляться. На рис. 22 видны ямки травления, образованные на поверхности кристалла сахарозы. У больших ямок можно отчетливо видеть спиральную форму они, вероятно, образовались в местах выхода винтовых дислокаций с большими значениями вектора Бюргерса. Мелкие ямки могли возникнуть или на винтовых дислокациях с малыми значениями вектора Бюргерса, или на краевых дислокациях, или же, что менее вероятно, в результате образования зародышевого островка на совершенной поверхности далеко от выходов дислокаций (см., например, конец раздела V, 1, Д, где приведены опыты Сирса [61]). Большие ямки травления на поверхности кристаллов сахарозы часто образуют ряды (рис. 23). Эти ямки возникают при неравновесных условиях ненасыщенности, и поэтому их форма зависит от скорости отхода спиральной ступени и кинетики испарения или растворения в различных кристаллографических направлениях. [c.390]

Тогда линия АВ представляет собой винтовую дислокацию, а в точках А W В возникают ступени, которые распространяются до кромки кристалла. При осаждении металла ступень, расположенная на верхней грани, продвигается направо, что вызывает образование у центра дислокации А новой ступени, перпендикулярной первоначальной, В конечном итоге продолжение роста развивает на поверхности кристалла спирали. Нижние слои распространяются по всей площади, утолщая кристалл, а верхние участвуют в спиралевидном росте. Таким образом, ступени, возникающие при винтовых дислокациях, дают начало неисчезающему спиральному [c.318]

Рис. 25. Спиральная ступенька роста вокруг выхода винтовой дислокации на поверхности монокристалла карбида кремния (а) ее интерференционное изображение (б) (увеличение Х90)

Известно, что рост кристаллов тесно связан с винтовыми дислокациями. Однако, исследования кинетики испарения кристалла путем удаления спиральных слоев, высота которых соответствовала вектору Бюргерса порядка 2-10 см [41], показали, что можно пренебречь влиянием энергии деформации решетки в точке выхода на поверхность винтовой дислокации на скорость испарения. Авторы работы [41 ] считают, что расстояние между ступенями, порожденными винтовой дислокацией, быстро растет, достигая такой же величины, как и в случае, когда единственным источником моноатомных ступеней является край кристалла. Поэтому на таких дислокациях ямки травления не образуются. [c.49]

Рис. 1-15. Преобразование прямолинейной ступени В спиральную на выходе винтовой дислокации.

Центрами образования поверхностных зародышей могут служить дислокации. Так, Фрэнк [36] предположил, что рост кристалла может происходить на выступе винтовой дислокации (см. разд. У-4В), и в этом случае поверхность развивается по спирали. Хотя явлениям кристаллизации посвящено довольно большое число работ, полной ясности в вопросе, какой именно механизм роста кристаллов играет доминирующую роль, не достигнуто. Бакли [37] отмечает, что картины спирального роста не так уж часты и, более того, спиральный рост наблюдается на вполне развитых и, следовательно, медленно растущих поверхностях. Интерферометрические данные по концентрационным градиентам вокруг растущего кристалла [38, 39] показывают, что в зависимости от кристалла максимальный градиент может наблюдаться как в центре грани, так и вблизи ребер. Со временем картина интерференционных полос может значительно меняться без какой-либо видимой связи с локальными скоростями роста. Ясно, что, рассматривая рост кристаллов, необходимо учитывать возможность миграции частиц от точки осаждения на поверхности к месту ее окончательной локализации. Тем не менее механизм Фрэнка признается многими исследователями, и в отдельных случаях действительно можно наблюдать медленный поворот спирали, образующейся на поверхности кристалла в процессе его роста [40]. [c.305]

Только при спиральном росте через винтовые дислокации ступени роста будут распределены регулярно, как это принималось до сих пор. Если это предположение не выполняется, то ступени роста будут распределены по поверхности статистически. Несмотря на это, и для случая, когда среднее расстояние между ступенями по сравнению с глубиной проникновения поверхностной диффузии [c.322]

При осаждении (или растворении) вокруг винтовой дислокации как центра образуется ступень роста спиральной формы. Б стационарном состоянии эта спираль вращается с постоянной угловой скоростью. Если принять, что радиальная скорость роста v ступени роста не зависит от расстояния г от центра спирали и от направления роста ф, то этому условию удовлетворяет спираль Архимеда, которая в полярных координатах описывается уравнением [c.338]

Процесс кристаллизации начинается с выделения из пересыщенного раствора мельчайших частиц кристаллизующегося вещества-зародышей кристаллов, которые способны расти. Рост кристаллов происходит наиболее легко на острых углах первоначальных зародышей. Эти зародыши и образующиеся затем кристаллы содержат определенные дислокации на поверхности роста, что приводит к наличию винтовой дислокации, в результате которой при большом увеличении наблюдается спиральная структура поверхности кристаллов. Дислокационная теория, основные положения которой изложены в работе [26], объясняет механизм роста кристаллов индивидуальных н-алканов и их смесей. [c.17]

КО, если оно вообще возможно. Рост кристаллов всегда начинается на примеси или, возможно, на несовершенном агрегате молекул п оттуда продолжается дальше. Дефекты, из-.за которых происходит спиральный рост, известны как винтовые дислокации (см. рпс. 32.10). На осиове винтовых дислокаций можно объяс нить многие свойства поверхностей. [c.76]

Винтовая дислокация. Понятие о винтовой или спиральной дислокации было введено в физику твердого тела Бюргерсом в 1939 г. Такая дислокация также может возникнуть за счет сдвига части кристалла на один межатомный параметр (или кратное их число). На рис. 265 в плоскости сдвига АВСО одна часть кристалла опустилась на один параметр решетки СС и соответственно Ось дислокации АВ в этом случае будет параллельна направлению сдвига, а не перпендикулярна, как это было в случае линейной дислокации. Вокруг оси винтовой Д11Слокации также будет располагаться область наиболее искаженного участка кристаллической решетки размером в несколько межатомных расстояний. На рис. 266 показан один виток такой дислокации иа участке решетки, где имеет место максимальная деформация ячеек. Начало и конец изогнутой стрелки (символизирующей один шаг спирали) расположены на соседних узлах одного вертикального ряда решетки. [c.260]

Бетге и Келлер [9—11] применили этот метод для изучения процессов испарения с поверхности кристаллов Na l. Поскольку испарение происходит в первую очередь с дефектных мест, то на поверхности образуются характерные фигуры термического травления. В местах выхода на по верхность краевых дислокаций наблюдаются кольцевые ступеньки, а около винтовых — спиральные (рис. 4). В этом состоит преимущество метода перед химическим травлением, которое не различает винтовые дислокации от краевых. [c.290]

Прямым электронно-микроскопическим наблюдением было установлено, что толщина кристаллов может увеличиваться благодаря происходящему процессу спирального роста, который обусловлен винтовьь ми дислокациями. Типичный пример возникающда [c.123]

При повыщенных температурах кристаллизация парафина может происходить либо в результате образования твердой фазы из расплавов, либо вследствие выделения парафина из раствора высокой концентрации. Поэтому расплавы парафина, богатые парафином гачи, отеки и другие подобные им продукты кристаллизуются с образованием кристаллов гексагональной сингонии. Рост кристаллов гексагональной сингонии и ромбической сингонии показан на рис. 30 и 31. Кристаллы парафина ромбической сингонии развиваются из винтовых дислокаций по спирально-ступенчатому механизму [112, 116]. [c.95]

Установлено, что структурные единицы легче всего встраиваются в места выхода на поверхность дислокаций. Если это винтовые дислокации, то встраивание идет непрерывно до завершения кристаллизации, причем образуются спиральные ступени роста, часто прямоугольные и очень сложные благодаря наложению друг на друга различных дислокаций. Если кристаллизация происходит на поверхности постороннего кристалла, то энергия взаимодействия структурных единиц с подложкой зависит от структуры и состава последней. При определенных условиях наблюдается эпитаксия. Этот процесс происходит, при некотором подобии кристаллических решеток, путем ориентации плотнеупакованных слоев кристаллизующего вещества и подложки. Имеет также значение соот- [c.152]

ЭЛЕКТРОКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ, переход в-ва из ионизиров. состояния в р-ре или расплаве в кристаллическое в результате электрохим. р-ции. Лежит в основе всех процессов электроосаждения металлов, а также формирования слоев оксидов и труднорастворимых соед. на аиоде (напр., при образовании электролитич. защитно-декоративных покрытий, в произ-ве хпм. источников тока). Отличается от обычной кристаллизации из пара или р-ра тем, что построе-ншо кристаллич. структуры предшествует перенос заряда с электрода на ион или оба этн акта протекают одновременно. Возникновение зародышей новой фазы при Э. требует определ. пересыщения, к-рое определяется перенапряжением на электроде. Чем выше перенапряжение, тем большее число зародышей возникает в единицу времени на данной площади. Зародыши разрастаются в результате послойного роста граней. Процесс может идти с образованием двумерных зародышей илн по закону слоисто-спирального роста на винтовых дислокациях (см. Рост кристаллов). В результате линейного роста кристаллов происходит их слияние с образованием сплошного слоя электролитич. покрытия. [c.698]

Н. Кабрера и Ф. Франк первыми сформулировали теорию, объясняющую возможность непрерывного роста кристаллов даже при низких пересыщениях. Они рассматривают дислокации как источник невырождающихся ступеней роста спиральной формы. Адсорбированные атомы диффундируют по направлению к таким ступеням роста, за счет чего они достраиваются. Однако рост кристалла никогда не завершается образованием полностью достроенного атомного слоя. При наличии винтовой дислокации процесс роста протекает как вращение ступени вокруг точки ее соединения с дислокацией (см. ч. 1, разд. 2.5). [c.376]

Важнейшей особенностью полимеров, находящихся в кристаллическом состоянии, является то, что, как правило, они не состоят только лишь из одних кристаллитов, но имеют аморфные области. В ряде случаев специальными методами удается получать монокристаллы полимеров. Так, Келлер 1[2] наблюдал монокоисталлы полиэтилена, полученные им из раствора. Монокристаллы полиэтилена представляли собой тонкие однородные слои толщиной около 100 А и по своей форме соответствовали ромбической сингонии, характерной для парафинов. Оказалось, что такие монокристаллы растут путем образования спиральных террас по винтовой дислокации. Наблюдались монокристаллы изотактического поли-4-метил-1-пентена-1, а также монокристаллы полиформальдегида, полученные путем радиационной твердофазной полимеризации триоксана. [c.34]

На основании ленточно-спиральной формы угольных дендритов, являющейся их характерной морфологической особенностью, можно предположить, что дендриты растут в виде винтовых дислокаций. Такую связь допускает, например. Сир [127]. Нами получены прямые опытные данные, доказывающие связь между спиральной формой угольных дендритов и ростом их в виде винтовых дислокаций [104]. Во-первых, обнаружено, что в одних и тех же условиях опыта образование угольных дендритов происходит в том случае, если на поверхности никелевой пластинки, на которой проводились опыты, выявлены выходы винтовых дислокаций специальным травлением, и углеобразование не происходит вообще, если пластинка хорошо отполирована. Во-вторых, скорость углеобразования при росте дендрита сохраняется во времени постоянной, несмотря на то, что происходит коррозия никелевой пластинки у основания дендрита с вьшосом никеля в углистое вещество и даж е в смолы," удаляемые через паровую фазу. Сохранение постоянной активности центра , на котором происходит рост дендрита, с одновременной утечкой никеля и разрушением этого центра, может быть только в том случае, если сам активный центр представляет собой винтовую дислокацию. Следовательно, рост угольного дендрита, разру- [c.288]

На фото 34 приведена типичная электронная микрофотография кристалла С100Н202, иллюстрирующая спиральный рост, вызванный винтовой дислокацией. Кристаллы этих парафинов относятся к орторомбической системе. Кристаллографические оси а я Ь расположены в плоскости, параллельной большей плоскости кристалла, которой он ориентирован на подложке, ось с перпендикулярна к плоскости подложки. Высота ступенек была определена по длине отбрасываемой ими тени и, нанример, для кристаллов н. нонатрпаконтана для нее было получено значение 45+10 А [10]. Так как длина оси с элементарной ячейки, согласно рентгенографическим данным, равна 51,3 А, что соответствует длине одно11 молекулы, то можно считать, что ступеньки роста представляют собой мономо.яеку-лярные слои, где молекулы располагаются вертикально по отношению к подложке, наподобие частокола. [c.169]

Если политетрафторэтилен перед кристаллизацией нагревали до более высокой температуры, то на микрофотографиях реплик наблюдалась структура, приближающаяся к сферо-литной. Авторами описан еще ряд наблюдений, которые, однако, не находят себе надежного объяснения. Ступенчатый спиральный рост, вызванный винтовыми. дислокациями, был обнаружен на так называемом воске политетрафторэтилена, полученном в результате частичного разрушения полимера под воздействием сильного нагревания или ионизирующего облучения. И здесь авторы, как и в ранее рассмотренных работах, были удивлень постоянством высоты ступенек роста, составлявшей около 200 А. Объяснение этому факту авторы ищут в предположении, что при разрушении полимера образуются молекулы приблизительно одинаковой длины, хотя ряд данных свидетельствует об обратном. Вероятно, авторы не были знакомы с работой Келлера, так как предположение о складчатой конфигурации молекулярных цепей позволяет дать более естественное объяснение наблюдавшемуся явлению. [c.265]

Фото 34. Микрофотография монокристалла, я. гектана (С оНгог), иллюстрирующая спиральный рост, обусловленный винтовой дислокацией. Препарат оттенен палладием, высота ступенек 45 10 А (оценена по длине тени) [c.293]

Кристаллы из разбавленных полимерных растворов обладают в высшей степени интересной и важной для понимания кристаллического состояния полимеров морфологией. Именно их открытие стимулировало изучение морфологии и текстуры кристаллических полимеров [12, 13, 16, 42—46]. В электронном микроскопе видно, что эти кристаллы состоят из тонких слоев, или ламелей с постоянной толщиной порядка 100 А и линейными размерами, достигающими нескольких микрон. Утолщение кристаллов при наслаивании дополнительных ламеллей приводит к образованию своего рода спиральных террас, что соответствует механизму роста в результате винтовых дислокаций [47]. Макроскопические черты этой морфологии совершенно подобны обнаруженным для низкомолекулярных н-алканов, закристаллизованных из разбавленных растворов [13, 48]. [c.295]

Значительных успехов мы достигли в изучении дефектов рещетки и их влияния на химические процессы. Здесь мы приведем только основные результаты. Большинство естественных монокристаллов содержит небольшое количество винтообразных дислокаций очень больших (> 1000А) векторов Бюргерса. Их можно обнаружить с помощью травления смесью СЬ и Ог. Величина вектора Бюргерса измеряется посредством раскалывания кристалла и измерения высоты прерываемой ступеньки, которая берет начало в этой дислокации (фиг. 5). Дислокации не являются непрерывными, а начинаются и кончаются внутри данного кристалла. Плотность крупных винтовых дислокаций, по-видимому, возрастает вблизи поверхности кристалла менее чем в десять раз и то лишь изредка, и ни одна из них не была обнаружена в центре кристалла. Микроскопические спиральные метки [7] (фиг. 6), обнаруженные на кристаллах только из избранных мест происхождения, всегда собираются в точку, откуда появляются одна или большее число таких винтовых дислокаций. Механическая деформация или сцарапывание острым инструментом никогда не создает дислокаций или других дефектов решетки, которые могли бы обнаруживаться травлением. [c.346]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология