Кристаллов ступень роста спиральная

Совершенно новая концепция, возникшая в результате открытия единичных кристаллов полимеров, коренным образом изменила многие представления о морфологии полимеров и о причине дифракции от больших периодов. На смену представлений о полимерах как о системах, состоящих из малых кристаллитов, погруженных в перепутанную массу случайно расположенных цепей, пришли новые представления. Было показано, что полимеры существуют в виде крупных упорядоченных образований со ступенями роста, спиральными дислокациями, дендритным характером роста, двойниками и дру-гими особенностями, свойственными поведению кристаллов низкомолекулярных веществ в процессе их роста [50]. Таким образом, полимеры не представляют собой особого случая, и было обнаружено, что к ним приложимы многие принципы традиционного описания твердого состояния. [c.223]

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]

Подробные исследования роста кристаллов были предприняты Р. Каишевым на примере электрокристаллизации серебра. Наблюдения показали, что некоторые осадки отличаются спиральной симметрией и при нарушениях или сдвигах в кристаллической решетке кристаллизация сопровождается спиральными движениями ступени роста (рис. 95). Подобные представления о сдвиговой дислокации в кристаллической решетке объясняют возможность спирального роста граней кристаллов, когда он может происходить непрерывно, без образования двумерных зародышей. Причиной спирального роста грани является такое нарушение структуры кристаллической решетки, при котором ступень роста имеется лишь на части грани толщина этой ступени постепенно уменьшается к середине грани. При росте такая ступень не исчезает, дойдя до конца грани, как на идеальном кристалле, а все время поворачивается, образуя на грани все новые слои. [c.396]

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]

Винтовая дислокация приводит к образованию ступеньки на грани кристалла. Если рост происходит путем присоединения молекул к краю ступени, легко видеть, что ступенька должна в процессе роста закручиваться в спираль. Спиральные ступени многократно наблюдались на гранях кристаллов, причем высота ступеней составляла от одного до многих межмолекулярных расстояний. Дислокации воздействуют на скорость роста кристаллов. Важно иметь в виду, что поскольку дислокации не могут оканчиваться внутри кристалла, то любая дислокация, пересекающая грань кристалла, будет продолжать выходить на грань до тех пор, пока она не выйдет в процессе роста на боковую поверхность грани. [c.129]

Постепенно усложняя рассмотрение электродных процессов, авторы переходят к рассмотрению особенностей разряда простых и комплексных ионов, к совместному разряду ионов водорода и металла и влиянию выделяющегося водорода на осаждение металлов, к электроосаждению сплавов в результате совместного разряда нескольких ионов, к электроосаждению блестящих металлов и сплавов. При изложении процессов электрокристаллизации наряду с послойным ростом образовавшихся двумерных зародышей рассматривается спиральный рост, обусловленный дефектами кристаллической решетки, при которых ступень роста имеется лишь на части грани. При росте такая ступень не исчезает, дойдя до конца грани, как на идеальном кристалле, а все время поворачивается, образуя на грани новые слои. [c.5]

В последнее время часто высказывается мнение, что практически всегда, даже в самых лучших, полученных в лабораториях монокристаллах имеются дислокации и что они в чистых условиях всегда дают возможность расти кристаллам без образования новых двухмерных зародышей выход спиральной дислокации на поверхность образует неисчезающую ступень роста — группу двухмерных зародышей, являющихся воспроизводящимися активными местами растущего кристалла. [c.83]

Описанный выше механизм роста кристаллов (так называемый нормальный рост ) можно считать аналогом гомогенного зародышеобразования в системе. Рост кристаллов по этому механизму требует больших степеней пересыщения, чем обычно наблюдаемые в эксперименте. Это различие свидетельствует о том, что в реальных системах рост кристалла происходит по иному механизму, при котором достраивание растущей поверхности происходит в местах выхода на поверхность винтовых дислокаций ( спиральный рост ). В этом случае образующийся зародыш имеет (одну или несколько) спиралеобразную бесконечную ступень роста, на которой и происходит присоединение к кристаллу адсорбированных на растущей грани частиц (рис. 5.6). [c.194]

Нередко при росте кристалла наблюдаются не прямолинейные, а спиральные цепочки роста ступенями. В этом случае рост многослойной цепочки идет непрерывно. [c.94]

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]

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]

Так как в дислокационной теории слоисто-спирального роста скорость роста не лимитируется образованием ступеней, вся кинетика роста кристаллов определяется движением уже имеющихся ступеней — их формой, взаимным расположением, высотами, взаимодействием друг с другом, с дислокациями и примесями и т. д. [c.96]

Эта картина построения кристалла предполагает, что процесс происходит путем двумерного зародышеобразования. Иная картина получится, если рассматривать процесс роста на спиральных ступенях, когда не требуется двумерного зародышеобразования. [c.78]

Развитие спиральной ступени на поверхности кристалла в результате роста. Грань кристалла параллельна плоскости бумаги. Ступень на поверхности АВ первоначально прямая. [c.124]

Согласно теории спирального роста Бартона, Кабреры и Франка, образование ступеней связано с присутствием спиральной ступени. Последовательность слоев возникает при разрастании и кажущемся вращении спирали. Этот механизм автоматически создает ступени с нужной скоростью, соответствующей скорости их распространения. Трудно придумать любой другой механизм образования ступеней, который приводил бы к скорости роста, равной / = X Др при больших значениях Др. Однако возникают некоторые трудности при попытках объяснить с точки зрения теории Бартона, Кабреры и Франка или с точки зрения любой другой теории (где рассматривается последовательность слоев большой плотности), каким образом кристалл растет плоскими гранями, когда локальное пересыщение неоднородно вдоль грани кристалла. Приходится предполагать, что рост всей грани обслуживается единичной спиралью. И даи е в этом [c.190]

Таким образом, при малых пересыщениях реализуется параболический закон роста. На механизм роста существенное влияние оказывает диффузия адсорбированных на поверхности молекул кристаллизующихся компонентов. За среднее время жизни адсорбированных молекул (т) они могут переместиться по поверхности на расстояние /. Если при таком движении на поверхности встретится ступенька, то молекулы встраиваются в кристалл. Очевидно, что в чистом виде механизм спирального роста может реализоваться только при такой плотности винтовых дислокаций, при которой расстояние между ступенями спирали меньше 2/. Если же расстояние между ступенями превышает эту величину, то кроме механизма спирального роста реализуется [c.191]

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]

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]

VII. 126. Монокристаллы. Еще позднее было обнаружено, что некоторые полимеры можно вырастить из растворов в виде монокристаллов. Например, полиэтилен растет из разбавленных растворов в виде монокристальных ромбовидных пластинок толщиной 100 А. Они очень напоминают кристаллы к-гектана (и как в случае к-гектана, кристаллы полиэтилена часто имеют спиральные ступени роста). Рентгеновским анализом установлено, что, как и для н-парафинов, молекулы полимера располагаются нормально своими цепями к большим граням ромбовидных пластинчатых кристаллов. Поскольку полимерные цепи имеют длину до 5000 А, а толщина кристаллов всего 100 А, приходится предположить, что полимерные [c.277]

Затруднения при образовании кристаллических зародышей — не единственный фактор, влияющий на скорость кристаллизации, хотя изучен он был раньше других. Быстрый рост кристаллов при пересыщениях, меньших, чем рассчитанные на основании точной теории образования зародышей, заставил искать возможности обходных путей кристаллизации. Действительно, сравнительно недавно было обнаружено, что некоторые минералы имеют спиральную симметрию и что при наличии некоторых нарушений или сдвигов в кристаллической решетке кристаллизация некоторых солей сопровождается спиральными движениями ступени роста. Дж. Бюргере и другие авторы [27—29] теоретически показали, что представления о сдвиговой дислокации в кристаллической решетке объясняют возможность спирального роста граней кристаллов, при котором он может происходить непрерывно, без образования двухмерных зародышей. Непрерывный спиральный рост граней был доказан экспериментально вначале на примере кристаллов карборунда 1[рис. 12) и желтой кровяной соли [30—33]. Причиной спирального роста грани является такое нарушение структуры кристаллической решетки, при котором ступень роста имеется лишь на части грани толщина этой ступени постепенно уменьшается к середине грани (рис. 13). Легко понять, что при росте такая ступень не исчезает, дойдя до конца грани, как на пдеальном кристалле, а все время поворачивается, в данном случае против часовой стрелки, образуя на грани все новые слои [34]. [c.29]

Рис. 34. Схема обра.зования и.з винтовой дислокации спиральной ступени роста грани кристалла

Д. Вермильеа [151] обобщил теоретические взгляды на процесс электролитического роста грани кристалла на основе теории дислокаций, количественно рассмотрев различные типичные случаи. При малой поверхностной энергии металла гладкая вначале поверхность должна в ходе электроосаждения металла становиться шероховатой. Если на гладкой поверхности имеются выходы осей винтовых дислокаций и ступени растут по спирали, а средний путь свободного пробега атома на поверхности много больше расстояния между ступенями (между витками спирали), то выделение атома металла может происходить в любой точке новерхности. Адсорбированные атомы при этом должны диффундировать к ступеням роста для вхождения в решетку. Коэффициенты полученной зависимости силы катодного тока от перенапряжения определяются как порядком величины перенапряжения, так и другими факторами (поверхностной энергией, равновесной концентрацией и временем жизни адсорбированного атома на поверхности II пр.) Для металлов с относительно высоким перенапряжением теория дислокаций дает ту же известную из опыта экспоненциальную зависимость тока от потенциала (формулу Тафеля), что и теория замедленного разряда, так как плотность дислокаций является функцией потенциала электрода [151, 152]. Теория предсказывает и возникновение неустойчивого состояния в начале электроосажде-шгя. Это состояние связано с превращением линейных дислокаций в спиральные и должно проявляться в повьшген-ном перенапряжении в первый момент электроосаждения [c.82]

Известно несколько л1етодов измерения поверхностной энергии, связанных с кристаллизацией и зародышеобразованием нри кристаллизации [14, 49—51]. Рост кристаллов из газовой фазы в ряде случаев илтеет слоисто-спиральный характер, и нри этом скорость перемещения изолированной ступени определяется кривизной ступени и поверхностной энергией. Измерив равновесный радиус критического зародыша при фиксированном значении давления паров, можно рассчитать поверхностную анергию [14]. На этом же принципе основано измерение поверхностной энергии твердых тел по релаксационным явлениям, например по кинетике залечивания царапин [14, 52, 53]. [c.56]

IV. И. Слоисто-спиральный рост. Франк [Frank, 1949 ] предположил, что если винтовая дислокация выходит на поверхность растущего кристалла, то ступень на поверхности, которая показана прямой линией АВ на рис. IV.3, будет закручиваться в спираль по мере роста. Это можно понять из рис. IV.5. В дальнейшем рассуждении мы будем полагать, что рост кристалла всегда происходит путем присоединения новых молекул к местам решетки, примыкающим к ступени, в соответствии с теорией, изложенной в разделах VI.1 — VI.3 и VI.44. Дислокация выходит на грань в точке Л, аАВ — результирующая ступень на поверхности, изображенная первоначально [c.124]

IV. 12. Предположение Франка вскоре было подтверждено открытием спиралей роста на гранях многих природных и искусственных кристаллов. В некоторых случаях ступени спиралей имели единичную высоту (вектор Бюргерса равен 1), в других она равнялась нескольким параметрам элементарной ячейки. Потребовалось применение специальных методов, чтобы сделать видимыми ступени единичной высоты. С другой стороны, укрупненные ступени могут иметь настолько большую высоту, что становятся видимыми в обычный оптический микроскоп. В работе Доусона [Dawson, 19521 приведена электронномикроскопическая фотография кристалла к-гек-тана, у которого спиральная ступень имеет мономолекулярную высоту. [c.125]

Возникновение ступеней. Поскольку, как показано в начале предыдущего раздела, скорость роста кристалла должна зависеть в первую очередь от скорости образования новых слоев, нам необходимо рассмотреть, как можно получить правильную скорость образования слоев. Эта скорость будет в то же время равна скорости распространения слоев, вычисленной выше. Для этого предположим, что эшелон ст5шеней обусловлен ростом и распространением спиральной ступени. Такая ступень образуется благодаря винтовой дислокации, как описано в разделе 1 .11. При движении ступеней спираль, очевидно, будет вращаться, и это создает эшелон ступеней, исходящих из центра спирали. Ступени, конечно, будут криволинейными, но это не повлияет на качественные рассуждения предыдущего раздела, которые приложимы как к прямолинейным, так и к криволинейным ступеням. При таком спиральном механизме происходит автоматическое образование ступеней со скоростью, равной скорости их распространения. [c.175]

В конце предыдущего раздела мы предположили, что скорость образования новых ступеней при низких пересыщениях прямо пропорциональна Ар. Франк [Frank, 1950] показал, что такое предположение онравдывается нри дислокационно-спиральном росте. В разделах VI.11 и VI.17 было показано, что когда имеется выход винтовой дислокации на поверхность кристалла, образуется ступень, которая закручивается в спираль в процессе роста. В стационарном состоянии будет происходить кажущееся вращение спирали прп сохранении ее формы, по мере того как ступени будет продвигаться по поверхности кристалла. [c.181]

VI.54. Рост на паре дислокаций противоположного знака. Очень часто оказывается, что кристаллы растут путем распространения последовательных замкнутых ступеней из точки, а не путем вращения спирали. Этот способ описан в работе Банна и Эммета (см. раздел VI.41). Бартон с сотрудниками [Burton et al., 1951] показали, каким образом это явление можно объяснить с позиций теории дислокационного роста. Если на поверхность выходят две винтовые дислокации противоположного знака, их спиральные ступени перекрываются таким образом, что возникает пирамида из наложенных друг на друга плоских слоев. Схематически это показано на рис. VI.9. [c.197]

Чтобы сохранялась плоская поверхность, необходимо, чтобы кристалл рос путем распространения слоев постоянной толщины, и эта толщина должна быть много меньше расстояния между ступенями. Скорость роста должна зависеть только от скорости образования новых ступеней, а пе от скорости их распространения нри условии, что она достаточно велика, чтобы сохранялась плоско-гранность кристалла. Однако согласно теории спирального роста скорость образования ступеней сама определяется скоростью их распространения. Действительно, эшелон слоев образуется при разрастании спирали, которая автоматически образует слои со [c.205]

В разделах VI.54— 1.57 рассмотрены дальнейшие детали, относящиеся к теории спирального роста. Гасто сообщается, что кристаллы растут за счет распространения из одной точки ступене , имеющих форму замкнутых петель. Бартон с сотрудниками показали, что это может быть связано с выходом на грань пары винтовых дислокаций противоположного знака. Противоположно закрученные спирали дают последовательпость замкнутых петель. Обсуждаются также методы расчета О и х . [c.208]

Механизм Хиллига и Торнбалла приводит к квадратичной зависимости скорости роста от переохлаждения А Г. Такого соотношения между скоростью роста и переохлаждением можно ожидать на основе дислокационной теории роста, и это можно показать следующим образом. Поскольку число столкновений молекул расплава с поверхностью кристалла согласно уравнению (VII.33) пропорционально ДГ, то рассуждения, использованные в г.т. VI при рассмотрении закона роста из паровой фазы, можно, очевидно, применить и для расплава, заменив только Ар на ДГ. Если, как предполагалось выше, расстояние между ступенями велико (i/g велико но сравнению со средним перемещением по поверхности), то теория спирального роста приведет к квадратичной зависимости скорости роста от переохлаждения А Г. [c.245]

Из изложенного видно, что в иринциие нри одновременном измерении скорости смещения ступеней спирального фронта роста и расстояния между его последовательными витками можно проследить зависимость кристаллизационного неренаиряжения у] от истинной плотности тока ц. Если известна высота ступени 8, то можно вычислить и соответствующую зависимость у] от кажущейся плотности тока г на растущей грани кристалла. [c.376]

Толщина диффузионного слоя около одиночного кристалла серебра обычно колеблется от 0,004 до 0,03 см. Величина концентрационной поляризации, рассчитанная на основании этих данных, составляет около 1мв. Экспериментально определяемая величина поляризации практически совпадает с этим значением [15]. Следовательно, при росте монокристаллов серебра измеряемая поляризация в основном является концентрационной, остальные виды поляризации по сравнению с концентрационной ничтожно малы. Так, работами Каишева с сотр. [16] было показано, что при электроосажденни серебра в случае спиральной дислокации зависимость величины кристаллизационного перенапряжения (т]к) от расстояния между витками спиральной ступени d на кубической грани имеет вид г) =0,85/ag. Расчет показывает, что при изменении от 4,3 до 30 мк величина перенапряжения меняется от 0,185 до 0,028 же. Поскольку на грани кристалла всегда имеет место выход спиральной дислокации [17], то, исходя из этих данных, можно заключить, что кристаллизационное перенапряжение при электроосаждении серебра составляет доли милливольта. [c.24]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология