Рост кристаллов спирали

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]

Дислокационный механизм роста кристаллов приводит к образованию на растущей грани своеобразных спиралей или ступеней роста (рис. 25), которые могут быть выявлены методами электронной, фазовоконтрастной микроскопии и т. д. [c.101]

Механизм роста нитевидных кристаллов Сирс связывает с особо большой ролью дислокаций [особенно винтовых дислокаций (см. 10.3.2)], которые расположены в направлении оси нитевидного кристалла. Таким образом, на свободной торцовой грани кристалл растет по спиралям, в то время как боковые грани усов растут только через образование плоских зародышей. Следовательно, для образования усов переохлаждение должно быть меньше критического, при котором происходит рост кристалла через двухмерные зародыши. Отсюда вытекает, что ограничивающими поверхностями усов являются основные грани роста, которые растут от плоских зародышей. В большинстве случаев они действительно наблюдаются экспериментально как ограничивающие элементы. Теоретически длина усов [c.333]

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]

Образование дислокационных спиралей при низких пересыщениях может инициироваться микро- и макроскопическими примесями, например пылью. Джексон [23] отметил, что при обычном выращивании кристалла концентрация вакансий в нем недостаточна, чтобы инициировать зарождение дислокационных петель, петель частичных дислокаций или дискообразных скоплений вакансий. Однако при закалке кристалла от температур, близких к температурам плавления, возникает пересыщение вакансий, достаточное для зарождения дислокаций. Таким образом, если действует дислокационный механизм роста и используются незакаленные затравки, то дислокации не могут возникнуть путем агрегирования вакансий. В ряде случаев образование дислокаций инициируется растворимыми примесями. Заметим, однако, что плотность дислокаций в кристаллах, выращиваемых в тщательно контролируемых условиях, практически не зависит от концентрации в растворе растворимых примесей, в том числе при таких концентрациях последних, которые достаточны для возникновения концентрационного переохлаждения и даже ячеистой структуры (об образовании ячеистой структуры говорится в разд. 3.13). Возникновение дислокаций могут вызывать термические напряжения, но опять-таки известен рост кристаллов по дислокационному механизму даже при максимально низких температурных градиентах, так что, по-видимому, термические напряжения нельзя считать единственной причиной возникновения дислокаций. Методом исключения Джексон пришел к выводу, что в отсутствие других факторов дислокации зарождаются скорее всего на инородных частичках, например частицах пыли. Поскольку практически невозможно полностью избежать загрязнения пылью кристаллизационной среды, гомогенное зарождение при росте кристалла встречается, по-видимому, крайне редко, а в большинстве случаев преобладает гетерогенное зарождение на частицах пыли. [c.122]

Винтовая дислокация, спираль роста и скорость роста. На всякой кристаллической поверхности, первоначально даже покрытой (в силу геометрической необходимости) участками высоких индексов со ступенями, по истечении некоторого промежутка времени ступени постепенно исчезают такая поверхность в конце концов превратится в кристаллическую грань, ограниченную плотноупакованной плоскостью, причем для ее роста необходим источник ступеней. Франк [160] предположил, что некоторые дислокации в кристаллах, до того изучавшиеся главным образом в связи с механическими свойствами кристаллов, а именно винтовые дислокации (хотя и необязательно чисто винтовые достаточно того, чтобы дислокация имела ненулевую компоненту вектора Бюргерса, нормальную грани), могут служить непрерывным источником ступеней для роста кристаллов на плотноупакованных поверхностях. [c.449]

На рис. 32.14 показана оттененная электронная микрофотография небольшого кристалла парафинового углеводорода, на которой отчетливо видны ступеньки роста кристалла. Видно также, что имеется действительно одна спиральная ступенька, внутренний конец которой оканчивается дефектом кристалла отсюда и начинается рост кристалла. Дополнительные молекулы присоединяются к кристаллу, пристраиваясь к уступам, образуемым спиралью по мере ее разрастания от возникнувшего дефекта. В настоящее время установлено, что множество кристаллов, вероятно даже все, начинают свой рост с таких дефектов. Отметим, что это разрешает проблему быстрого увеличения тенденции к переходу из одной фазы в другую по мере уменьшения размера частицы, как это показано на рис. 32.4 и обобщено в уравнении Кельвина. Самопроизвольное образование зародыша совершенного кристалла в чистой фазе происходит крайне ред- [c.74]

Рост кристаллов при низких пересыщениях возможен только при наличии дислокаций, которые возникают во время роста. Атомная (ионная) терраса, вызванная появлением винтовых дислокаций на грани кристалла, во время роста заворачивается в спираль. Поэтому на гранях кристаллов, выросших посредством такого механизма, должны наблюдаться спиральные пирамиды с молекулярной высотой ступенек. [c.17]

Если во время электролиза ток прерывается, то прекращается и расширение слоев роста. При включении тока слои продолжают расти, если отсутствуют какие-либо препятствия. Напротив, в электролитах с соответствующими добавками края слоев пассивируются в период прерывания тока. При повторном включении тока образуются новые центры роста. Пассивные края первых слоев хорошо видны на рис. 11. При внезапном повышении силы тока возникают даже новые слои роста, если при этом имеется высокая поляризация. Напротив, при увеличении силы тока и ограниченной поляризации слои растут соответственно быстрее. Спиралеобразный рост кристаллов возникает при существовании винтового смещения (рис. 12). Такие спирали вначале наблюдались при осаждении титана из расплава. На рис. 13 представлены кристаллизационные спирали электролитически осажденного покрытия серебро — индий. При осаждении чистого металла также может встретиться при определенных условиях спиралеобразный рост кристаллов. Медные покрытия, полученные из сернокислых электролитов, имеют спиральный рост (рис. 14), если они получены с импульсом постоянного тока (прямоугольный импульс). Расстояние между витками спиралей зависит от пересыщения, которое устанавливается в результате влияния состава электролита, плотности тока и прозе - [c.30]

Противоречие устраняется, если учесть [17, 18] такие дефекты кристалла, которые обеспечивают непрерывное возобновление атомных ступенек и искажений идеальной структуры. К ним принадлежат, например, так называемые винтовые дислокации, показанные на рис. 116. Здесь рост кристалла происходит путем простого присоединения атомов к ступеньке ВС. При этом последняя поворачивается вокруг точки В. Полный оборот вблизи этой точки требует осаждения меньшего числа частиц, чем вдали от нее. Поэтому центр дислокации вращается быстрее, чем наружная часть, и ступенька закручивается в спираль роста (см. рис. 117). [c.390]

Другой тип кооперативности в молекуле белка обнаруживается при обратимом конформационном переходе между а-спиралью и беспорядочным клубком. Если создать условия, при которых более устойчивой является спиральная конформация, то все молекулы, которые находятся в состоянии беспорядочного клубка, быстро примут форму спирали. Аналогичным образом в условиях, при которых более устойчивой конформацией является беспорядочный клубок, все спирали расплетутся и произойдет полное их превращение в клубки. Плавление ДНК (гл. 2, разд. 10), как и любого кристалла, происходит кооперативно [21]. Формирование новой полинуклеотидной цепи на комплементарной матрице, приводящее к возникновению стэкинг-взаимодействий, также может быть кооперативным процессом. Так, например, формирование цепи полиадениловой кислоты на двух цепях полиуридиловой кислоты приводит к кооперативному образованию комплекса, представляющего собой тройную спираль (гл. 2, разд. Г.6). Наличие стэкинг-взаимодействия делает рост спирали энергетически более выгодным, чем инициацию новых спиральных участков [22]. Проблеме кооперативности посвящена обширная литература, в частности работы [23—25]. [c.263]

Те макродефекты, о которых было упомянуто в первых главах книги, являются следствием микродефектов их структур. Спираль на грани (0001) кварца (см. рис. 15, стр. 17) несомненно является следствием спиральной дислокации, появившейся во время роста этого кристалла. [c.265]

Положения, развиваемые К. М. Горбуновой и П. Д. Данковым, отражают результаты микрофотопрафических исследований, представляющих процесс роста кристаллов посредством послойного образования двухмерных зародышей. Подробные исследования роста кристаллов были предприняты Р. Каишевым на примере серебра. Наблюдения показали, что кубические грани серебряных монокристаллов чаще всего растут спиральными фронтами. Условия роста спиралей можно менять, изменяя силу поляризующего тока. Было показано, что хотя истинная плотность тока остается практически постоянной при различных перенапряжениях, кажущаяся плотность тока возрастает с ростом перенапряжения за счет возрастания числа витков спирали. [c.366]

На рис. 1 воспроизведены две фотографии ступени роста на поверхности кристалла камфоры при температуре около 27° С [10]. В центре кристалла имеется глубокая ямка. Вероятно, наблюдаемая спираль обусловлена движением этой ямки по кругу и к краям кристалла. Спираль удается наблюдать до температуры 90° С, выще которой она исчезает. Осталось неясным, перемещается ли центр дислокации по поверхности к периферии или большая ступень разбивается на ряд меньших. Последнее указывало бы на подвижность в кристаллах, соответствующую пластичности. Точкой перехода пластических кристаллов камфоры является 105° С. Бредли и Драри [6] нашли, что скорость роста кристаллов кубической формы четырехбромистого углерода, которая устойчива выше температуры перехода, составляет лишь одну десятую скорости роста кристаллов моноклинной формы, устойчивой ниже точки перехода. Это явление обусловлено, по-видимому, тем, что ступень роста зависит от дислокаций. В случае моноклинной формы напряжения при росте кристалла ослабляются большими дислокациями, тогда как в пластической кубической форме эти напряжения снимаются пластической текучестью, приводящей к тому, что большие дислокации расщепляются на ряд малых дислокаций. Окончательный вывод заключается в том, что выше точки вращательного перехода СВг4 большие ступени, вызывающие быстрый рост кристалла, уменьшаются по высоте в десять раз. [c.481]

Экспериментальное исследование кинетики катодного выделения металлов представляет собой сложную задачу, что связано с некоторыми специфическими особенностями этого процесса. В ходе электролиза поверхность катода не постоянна, а непрерывно изменяется вследствие осаждения металла. Характер роста осадка существенно зависит от природы металла и условий электролиза. Для некоторых металлов, например серебра и таллия, типично образование нитеобразных кристаллов и древовидных ответвлений, так называемых усов и дендритов. При наблюдении за развитием отдельного нитеобразного кристалла можно обнаружить изменение его сечения, если меняется приложенный ток. Часто (рис. 80, а) с ростом силы тока нить утолщается, а при его уменьшении становится тоньше (Самарцев, Горбунова, Ваграмян). Поверхность, на которой происходит осаждение, как бы приспосабливается к силе тока таким образом, чтобы плотность тока, а следовательно, и линейная скорость роста кристалла сохранялись приблизительно одними и теми же. Нередко наблюдается также слоистый рост осадка, при котором кристаллический пакет перемещается с определенной скоростью по поверхности катода (рис. 80, б). Металл осаждается в этом случае не на всей поверхности, а лишь на склоне пакета, который, таким образом, представляет собой действительный фронт роста кристалла. При исследовании условий образования осадка на монокристалле серебра было установлено, что устойчивый рост кристалла совершается по одной или нескольким спиралям. На рис. 81 дана типичная микрокартина спирального роста серебра, [c.417]

На некоторых гранях кристаллов а-31С наблюдаются ориентированные сверхсростки (например, в виде правильных пирамид) возле спиралей роста, которые получаются в процессе производства карборунда. В центрах некоторых спиралей наблюдаются гексагональные пятна, пустоты и другие виды нарушений нормальной структуры. Богато иллюстрированное экспериментальное исследование Верма подтверждает ранее высказанные предположения о причинах политипизма а-51С, заключающихся в нарушениях роста кристаллов. [c.74]

Баккли [182] нашел, что ширина и глубина некоторых спиралей роста и им подобных образований на гранях [0001] а-51С имеют порядок до нескольких тысяч размеров элементарной ячейки. Такие образования, по Баккли, могут происходить также и вследствие скручивания элементарных слоев при росте кристаллов карборунда. Вэнд [242] попытался применить теорию нарушений (дислокаций) решетки карборунда для объяснения его политипизма. [c.74]

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]

Однако Франк [Frank, 19491 нашел возможность сохранить старые теории роста, но с учетом роли винтовых дислокаций, которые обеспечивают непрерывное продолжение процесса роста. В разделах IV.6 и IV.11 было показано, что винтовая дис.чокация образует ступеньку на грани кристалла с высотой, равной вектору Бюргерса дислокации. Эта ступенька сохраняется на грани в процессе роста кристалла. Франк предположил, что рост кристалла может происходить путем распространения этой ступеньки по поверхности грани, причем ступень питают молекулы, диффундирующие по поверхности. Так как ступень в процессе роста самосохраняется, то целиком отпадает необходимость в двумерном зародышеобразовании. Поскольку, как показано в разделе IV.11, ступень при росте закручивается в спираль с большой плотностью витков, то соответственно будет уменьшаться и длина пробега молекул по поверхности, и это будет благоприятствовать высоким значениям коэффициента а, что и наблюдается в действительности. [c.170]

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]

Ififl] (рм. тяужр [4.1]) выг.качял гипотезу, что винтовые дислока-ции могут служить существенными источниками ступеней на кристаллических поверхностях. Если дислокация имеет компоненту вектора Бюргерса, перпендикулярную поверхности, то пересечение такой дислокации с поверхностью ведет к возникновению ступени. Как оказалось, этот особый источник ступеней очень важен в процессах роста кристаллов. Ступень закреплена в точке пересечения дислокации с поверхностью, однако по мере присоединения адатомов к изломам ступень может перемещаться, образуя (как мы увидим ниже) спираль. В условиях равновесия ступень остается прямой. В остальном модель Франка повторяет модель Косселя. [c.443]

Как впервые было отмечено Бэртоном, Кабрера и Франком, рост кристалла катализируют винтовые дислокации Такие дислокации можно образно представить, изобразив плоскости решетки подобно слоям пирога (рис. У-2, а). Затем разрезают пирог так, чтобы конец ножа двигался вниз по линии АВ (рис. У-2, б). Если сдвинуть половинки надреза так, чтобы слой X на левой стороне совпал со слоем У на правой (рис. У-2, в), то линия АВ и образует винтовую дислока-кацию. Построенный таким образом кристалл состоит из одной плоскости решетки, которая образует спираль подобно винтовой лестнице. Как верхняя, так и нижняя поверхности кристалла имеют ступени. [c.79]

НО с этим у центра дислокации образуется новая ступень с длиной о (рис. 1, б), которая также начнет участвовать в росте кристалла. После истечения времени 2io в центре дислокации образуется новая ступень с длиной 0, которая также участвует в далытейптем росте (рис. 1, е), и т. д. Вид фронта роста по истечении времени представлен на рис. 1, г. Таким образом,фронт роста закручивается в нолигонизовапную спираль с расстоянием между иоследователь-ными ступенями с1 = 4 о (рис. 1, й). [c.373]

Из приведенных результатов видно, что при трехкратном увеличении неренапряжения сила тока на фронте растущих ступеней отклоняется от среднего значения до 25%. Учитывая точность измерений и неполную стационарность спиралей в течение всего времени измерения, следует считать экспериментальные данные подтверждающими постоянство плотности тока в данном интервале перенапряжений. При этом значение плотности тока па фронте ра( тущих ступеней очень велико — порядка 7,5 а/сж . Для оценки порядка кажущейся плотности тока мы измеряли в некоторых случаях и высоту ступеней интерферометрическим путем. Оказалось, что для различных спиралей она равна 120 — 320 ммк. Если использовать среднее значение — 200 ммк, то для кажущейся плотпости тока на грань кристалла, из данных табл. 2, получаем значения между 150 и 450 ма см . Эти значения совпадают по порядку величины с плотностями тока, рассчитанными по видимой площади растущего кристалла, и соответствуют плотностям тока, при которых вообще наблюдается правильный электролитический рост кристалла серебра из концентрированных растворов AgNOз. [c.378]

Имеются прямые опыты, подтверждающие обратимость слоистоспирального роста и растворения кристаллов, что теоретически предсказал еще Франк [364]. Так, например, М. Н. Козловский [369] показал экспериментально, что при переходе от роста к растворению бывшая спираль роста начинает стягиваться к центру и как бы вращаться в противоположную сторону. Одновременно в центре спирали возникает спираль растворения. При растворении кристаллов зависимость скорости растворения слоев от их высоты имеет тот же характер, что и при росте. Однако при одинаковых АГ скорости растворения значительно больше скоростей роста. [c.98]

Смотреть страницы где упоминается термин Рост кристаллов спирали: [c.454] [c.134] [c.162] [c.108] [c.481] [c.76] [c.83] [c.32] [c.303] [c.418] [c.485] [c.169] [c.74] [c.417] [c.125] [c.171] [c.188] [c.76] [c.243] [c.481] [c.417] [c.342] [c.66]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология