Файл: Аммер, С. А. Нитевидные кристаллы (получение, механизмы и кинетика роста) учеб. пособие.pdf

ВВ Е Д Е Н И Е

Вприроде существует большое разнообразие форм роста кристаллов. Среди них, пожалуй, особое цес-то занимает ните­

йх ростовых форм, сколько открытием у них чрезвычайно высокой Упругости и механической прочности. За этим открытием после­

довали другие. Помимо высокой сопротивляемости механическим

воздействиям у нитевидных кристаллов были обнаружены: большая

величина коэрцитивной силы при перемагничиваяии, малая ско­

рость испарения, окисления и растворения, большая скорость спада фототека, особенности диффузии и т .д , Многие из этих

свойств предсказывались теорией.

До настоящего времени за рубежом и в нашей стране исследо­

вания по нитевидным кристаллам проводились по следующим ос­

новным направлениям: I) механизмы и кинетика роста при различ­ ных способах получения; 2) морфология и структура в связи

с условиями роста; 3) физические ихимические свойства и их связь с реальной структурой; 4) возможности практического использования.-Как видим, они охватывают широкий круг вопро­ сов, имеющих теоретический и практический интерес. И несмот­ ря на то, что в изучении нитевидных кристаллов достигнут зна­ чительный прогресс, их биография все еще содержит много бе­ лых пятен. Не до конца поняты механизмы их зарождения и рос­ та как при кристаллизации из газовой фаэы, так и при исполь­ зовании других методов. Все еще остается мечтой овладение

методами управляемого роста нитевидных кристаллов с задан­ ными свойствами, интересными для практических целей.

Выявленная ванная роль примесей в процессах зарождения

И формирования этих кристаллов до сих пор не находит удов­ летворительного объяснения.

Много новых вопросов, ответ на которые предстоит еще

искать, поставила перед исследователями проблема применения

нитевидных кристаллов для разработки на их основе композиции онных материалов с особыми свойствами.

Нитевидные криоталлы являются прекрасными объектами

физических исследований, т .к . позволяют в широких пределах

изменять совершенство структуры и тем самым моделировать раз­ личные уоловия дяя проверки правильности некоторых теоретик

чеокмх раочетов, для уточнения имеющихся представлений и по^

лучения новых данных о физической природе многих процессор,

чики, наготовленные иа массивных монокристаллов. Обещающим являетоя изучение оегнетоэлектричества, ферромагнетизма и овархпроводамоотн в нитевидных кристаллах.

В мировой литературе нитевидным кристаллам посвящено в общей сложности более тысячи научных работ. Имеется ряд

обзоров советских и зарубежных авторов. Среди них наиболее

переведена и издана в нашей стране.

Событием большой важности можно считать нвдание отечест­

венных монографий (Бережковой [28] и Малеева [29] ) и оборника трудов первой Воесоюзной конференции по нитевидным фиоталлам

[ЭО] . Изданные малыми тиражами они сразу стали библиографи­ ческой редкостью. Все это говорит о возросшем интересе к

проблеме нитевидных кристаллов в нашей отране, Подтверждени­ ем этому является и большое число диооертаций, защищенных в

СССР по различным вопросам проблемы за последние 10-12 лет

дать достаточно полное представление о современном ооотоянии

исследований по нитевидным кристаллам как в нашей отране,

так и за рубежом. Особое внимание уделено отечественным рабо­ там, так как в зарубежной печати они чаото слабо освещаются.

Авторами использован также большой материал, полученный ими вместе с другими сотрудниками лаборатории нитевидных кристал-

-6 -

лов в Воронежском политехническом институте. Пользу могут принести и те обширные библиографические сведения, которце приведены в конце пособия. При рассмотрении вопросов роста кристаллов (часть I) авторы преднамереио не опускали некото­

рые подробности, так как без этого затруднялось бы понимание

полученных результатов. В то ке время здесь не рассматривают­ ся вопросы общетеоретического плана, представляющие интсрео

не только в связи с нитевидными кристаллами.

Поскольку имеются различия в самом определении понятия

"нитевидные кристаллы", уместно заметить, что в настоящей книге, следуя Шефферу 57, под нитевидными кристаллами под­ разумеваются "монокристаяли с большим отношением длины к ди-

аметру или, точнее говоря, с большим отношением длины к площа­ ди поперечного сечения". Как правило, это отношение составляет

20-25:1.

Нет сомнений, что настоящее пособие будет полезным для студентов и аспирантов, изучающих физику реальных кристаллов,

послужит дальнейшему развитию исследования по нитевидным крис­ таллам, привлечению новых сил и ускорению внедрения результатов в практику.

- 7 -

Ч к О Т Ь I.

роот крютшов нитевидной т т

К настоящему времени известны нитевидные адиоталлы (Н8)

более ста различных материалов: металлов, полупроводников,

диэлектриков; органических и неорганических соединений. Они Могут расти самопроизвольно в естественных условиях. Еромз того , в исследовательских лабораториях нашей страны м з§. РУ“ белой разработано много разнообразных методов искусственного выращивания этих удивительных кристаллов.

Рост НК в природных условиях

Упоминания о встречавшихся в природе нитевидных формах

других минералов. Ярким примером служат звездчатый сапфир или рубин, розовый «ли голубой кварц и топаз [б8,69 и др.]

Серебристые. "Волосы Венеры" были известны еще ученым древноо-

тя, именно их считали доказательством единства происхожде­ ния растительного мира и минералов. В настоящее время "Воло­ са Венеры" синтезируют искусственно.

Природные НК галенита обнаружены в гидротермальных по-

лиметаллических осадках Маданского рудного района в Болга­

эти усы могли образоваться в результате кристаллизации из пересыщенных растворов в гидротермальных условиях.

НК /Vo 05 длиной до 20 ей найдены на Вьелицких соле-

рудниках ПНР [7 I J . Условия их кристаллизации сходны с ус­ ловиями, искусственно создаваемыми для выращивания кристал­ лов такого типа из растворов. В работе [? 2 ] описан рост НК триглицерида яря выдерживании Пальмового и кокосового масел в течение нвояольнйк суток при 5°С, Игольчатые кристаллы льда йогу? зарождаться в переохлажденной воде при обычном

'или низкой давлениях и на поверхности льда [7 3 ,7д] . При бкароскопическом исследований природного графита на Некото­

_ 9 -

рых кристаллах впервые обнаружены НК толщиной 65-125 ыкм,

выросшие в направлении С - оси [7 5 ] . Нити гипса, карбоната

{Сальция и других соединений такие нередко встречаются в естественных условиях. Они переплетаются, образуют причудли­ вые сростки и дополняют украшения пещер.

Примером хорошо распространенных в природе волокнистых

минералов являются асбесты# Наилучшей гибкостью обладают

трубчатую форму и внутреннюю капилярную структуру.

Другой группой асбестов, широко применяемых в промышленнос­ ти, является группа амфибольного асбеста. Его кристаллики достигают в длину 75 мм, характеризуются высокой прочностью

( ~ 350 к г / м м и жаростойкостью [7 6 ] .

Можно было привести и другие примеры самопроизвольного

роста кристаллов нитевидной формы. Однако уже рассмотренных достаточно, чтобы убедиться, что в природной лаборатории

I*огут реализоваться самые различные условия для роста НК разнообразных веществ.

Более подробные сведения о НК, встречающихся на метал­

лах, минералах, галогенидах, сульфидах, теллуридах и др .,

можно получить из обзора Харди [ ю ] и книги Малеева [29] .

К 18 веку относятся и первые попытки экспериментального