Выращивание кристаллов

[Dark Lord]

Что можно написать о выращивании кристаллов с точки зрения физики?

[zahary]

Ну, насколько я помню (а помню я плохо ), для выращивания кристаллов погружают кристалл в раствор того же вещества, из которого состоит кристалл.
Свободные ионы раствора, находящиеся вблизи от кристалла, притягиваются атомами поверхности кристалла - и присоединяются к кристаллу, увеличивая его - достраивают кристаллическую решетку.
Вот так он растет

Если исходный кристалл правильной формы (монокристалл) - то и в результате получим БОЛЬШОЙ монокристалл.

Вообще, по этой теме должна быть куча рефератов в инете.

-- Ср май 20, 2009 12:28:48 --

А вот что интересно - что будет, если погрузить кристалл в раствор ДРУГОГО вещества?
Например, кристалл поваренной соли - в раствор медного купороса.



Особенно интересно, если кристалл и вещество раствора имеют разную форму кристаллической решетки.

А если непрерывно менять химический состав раствора?

[GraNiNi]

zahary в сообщении #215496 писал(а):

А вот что интересно - что будет, если погрузить кристалл в раствор ДРУГОГО вещества?
Например, кристалл поваренной соли - в раствор медного купороса.

Он растворится.

[zahary]

Ну, почему же растворится?

Если раствор перенасыщен - в нём ничего не растворится.

По идее, если "родные" ионы притягиваются к кристаллу - то и чужие должны притягиваться.

Если, скажем, попеременно погружать кристалл в насыщенные растворы разного химсостава - в итоге должны получиться какие-то многослойные структуры...

[sf1]

zahary в сообщении #216112 писал(а):

По идее, если "родные" ионы притягиваются к кристаллу - то и чужие должны притягиваться.
Если, скажем, попеременно погружать кристалл в насыщенные растворы разного химсостава - в итоге должны получиться какие-то многослойные структуры...

Так ведь это ж самый что ни на есть метод эпитаксиального наращивания. Используется в микроэлектронике. Только кристаллическая решетка должна быть одного типа, тогда дефектов будет меньше - дислокаций там всяких и т. д.

[GraNiNi]

zahary в сообщении #216112 писал(а):

Если, скажем, попеременно погружать кристалл в насыщенные растворы разного химсостава - в итоге должны получиться какие-то многослойные структуры...

Это все Ваши фантазии.
На самом деле, если например испарять воду из смеси растворов медного купороса и хлорида натрия, то они будут кристаллизоваться отдельно.
Чтобы вещества сокристаллизовались они должны иметь изоморфную структуру.

[sf1]

То, что реально применяется - конечно, не медный купорос и хлорид натрия. Есть, например, метод гетероэпитаксии кремния на сапфире или шпинели. Для справки: гетероэпитаксия - это процесс ориентированного нарастания вещества, отличающегося по составу от вещества подложки, происходящий при их кристаллохимическом взаимодействии. В нашем случае на подложке из сапфира или шпинели выращивают эпитаксиальный слой кремния. При этом кристаллическая решетка у кремния и шпинели одинаковая - гранецентрированная кубическая (решетка типа алмаза), а у сапфира - ромбоэдрическая. Постоянные решетки тоже отличаются. Важное значение при этом процессе имеет кристаллографическая ориентация подложки. Этот метод раньше широко использовался, как сейчас - не знаю.

Можно еще сказать, что наиболее распространенным методом получения монокристаллов является выращивание из расплава. Разновидности - метод нормальной направленной кристаллизации (его вертикальная разновидность - метод Бриджмена), метод вытягивания из расплава (метод Чохральского), метод зонной плавки.

[Кардановский]

sfl: Сообщенное Вами по нынешней классификации вроде бы должно подпадать под термин "нанотехнологии". Соответственно, статья финансирования этих исследований тоже.А это, уже само по себе ,сегодня весьма перспективно,в том числе, в смысле практического выхода с очень хорошим экономическим эффектом...

[photon]

Dark Lord в сообщении #215263 писал(а):

Что можно написать о выращивании кристаллов с точки зрения физики?

Очень много интересного можно накопать, если рассмотреть молекулярно-лучевую эпитаксию, особенно интересно со структурами, в которых осаждаемые материалы имеют разные постоянные решетки. При каких-то значениях механического напряжения это сказывается на зонной структуре материалов, при других - будет много дефектов, при третьих можно получить квантовые точки (КТ), в зависимости от материала и режима осаждения они могут к тому же еще и разной формы, размеров получиться, с различной концентрацией КТ...

[sf1]

Кардановский в сообщении #223945 писал(а):

sfl: Сообщенное Вами по нынешней классификации вроде бы должно подпадать под термин "нанотехнологии". А это, уже само по себе ,сегодня весьма перспективно

Вообще-то тех. процесс эпитаксии известен и применяется в полупроводниковом производстве еще с 1960 года.

[ИгорЪ]

Математика.
Кристалл, если бросать по атому, растет так, что свободная энергия минимальна. Теоретически так вычисляется его огранка (одна плоскость растет быстрее, другая медленнее, в результате быстрые плоскости исчезнут, медленные будут преобладать.
Физика.
Эпитаксия - это когда на существующий монокристал, как на затравку бросают атомы и они копируя структуру затравки растут. Если затравка из другого материала, то все зависит от межатомных расстояний затравки и растущего материала, причем при приближенном равенстве и при сильном отличии результаты очень разнятся. Однажды я растил методом хим. трансп. реакций хром на монокристаллическом молибдене и несмотря на различие м.а. расстояний получил монокрисалл хрома, но с другими ориентациями.
Нано.
Что то мне здается что нано работают на порядок меньших расстояниях, хотя я много лет не следил за этим.

[nestoklon]

ИгорЪ в сообщении #224055 писал(а):

Что то мне здается что нано работают на порядок меньших расстояниях, хотя я много лет не следил за этим.

Типичная толщина квантовой ямы в лазере -- пара нанометров. Вполне себе нано. Причём как их только не растят -- промышленно обычно используют MOCVD, в исследовательских целях чаще MBE.
КТ, полученные странским-крастановым -- более чем нано.

Вот только вопрос был про выращивание кристаллов. Тут пожалуй "стандарт" -- Чохральский. У "наших" людей принято выделять ещё метод Степанова, который по сути тот же Чохральский но вытягивают фигурную заготовку. Можно хоть трубы монокристаллические делать.

[Кардановский]

sfl: Да,согласен,вообще то нанотехнологии стали применяться не вчера. Просто вот сегодня им придумали общее новое название.

-- Вт июн 23, 2009 19:47:21 --

nestoklon: Вот про микротрубы и микрокристаллы с полостями -это очень интересно! Например,тем самым,открывается реальная технологическая перспектива сделать материалы аэрокосмического применения с удельным весом меньше,чем у воздуха у при норм.атм. давлении! Или,тем самым,открывается перспектива взрывобезопасного и очень компактного хранения некоторых топливных газов!

[nestoklon]

2 Кардановский
Метод Степанова -- это не микро. Это макро. Вроде как для космоса именно этим методом "алюминиевые" профили делают. По крайней мере, лет 20-30 назад делали. Они крепкие получаются. =)

[Кардановский]

nestoklon: Любое масштабное промышленное экономически целесообразное выращивание кристаллов относительно дешевых конструкционных материалов (алюминия,например) имеет практически неизбежным спутником дефекты реально получаемых кристаллических структур. А это резко снижает их прочность и,соответственно,требует последующего улучшения кристаллической структуры. Например,прокаткой,тополнительной термообработкой и т.п.