Отправить статью по E-mail 
Необратимость процессов роста и растворения молекулярного кристалла в наномасштабе
- Авторы: Пискунова Н.Н.1
-
Учреждения:
- Коми научного центра Уральского отделения РАН
- Выпуск: Том CLIV, № 2 (2025)
- Страницы: 52-74
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0869-6055/article/view/310872
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0869605525020033
- EDN: https://elibrary.ru/HAMIOG
- ID: 310872
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Аннотация
Морфолого-кинетические характеристики непрерывного перехода через точку насыщения от растворения к росту на одних и тех же мономолекулярных ступенях на поверхности молекулярного кристалла доказывают, что рост и растворение в кинетическом режиме являются необратимыми процессами в наномасштабе. Экспериментальное моделирование с целью уточнения фундаментального вопроса об обратимости роста и растворения проведено с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ) при крайне малых скоростях кристаллизации малорастворимого модельного кристалла диоксидина в растворах низкой вязкости. Полученный результат расширяет понимание процессов роста кристаллов, протекающих вблизи равновесия.
Полный текст
Об авторах
Н. Н. Пискунова
Коми научного центра Уральского отделения РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: piskunova@geo.komisc.ru
Институт геологии имени академика Н.П. Юшкина
Россия, Первомайская ул. 54, Сыктывкар, 167982Список литературы
- Александров В.Д., Амерханова Ш. К., Постников В. А., Соболев А. Ю., Соболь О. В. Анализ процессов плавления и кристаллизации кристаллогидратов по термограммам плавкости // Межвузовский сборник научных трудов «Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов». Тверь: Тверской государственный университет, 2015. Вып. 7. С. 5—15.
- Андреев В.К., Захватаев В. Е., Рябицкий Е. А. Термокапиллярная неустойчивость. Новосибирск: Наука, 2000. 126 с.
- Пискунова Н. Н. Изучение процессов самоорганизации на поврежденной поверхности кристалла с помощью атомно-силовой микроскопии // ЗРМО. 2022. Т. 151. № 5. С. 112—127.
- Пискунова Н. Н. Прямое наблюдение процессов роста на кристаллической поверхности, инициируемых захватом примеси // ЗРМО. 2023. Т. 152. № 3. С. 82—97.
- Рашкович Л. Н., Шустин О. А., Черневич Т. Г. Флуктуация ступеней на гранях кристаллов дигидрофосфата калия в растворе // Физика твердого тела. 2000. Т. 42. № 10. С. 1869—1873.
- Сангвал К. Травление кристаллов. Теория, эксперимент, применение. Москва: Мир, 1990. 492 с.
- Себиси Т., Брэдшоу П. Конвективный теплообмен. Физические основы и вычислительные методы. Москва: Мир, 1987. 589 с.
Дополнительные файлы
Доп. файлы
Действие
1.
JATS XML
2.
Рис. 1. Повышенная поверхностная энергия частиц (слева) и повышенное поверхностное натяжение (справа) на выходе дислокации (D), препятствующие увеличению межфазной поверхности, т. е. присоединению вещества к точке выхода дислокации во время роста.
Скачать (621KB)
3.
Рис. 2. Вверху — растворение в точке выхода винтовой дислокации (круг). Внизу — переход к росту на данной винтовой дислокации (увеличено): вещество прикрепляется к краям ступеней, но не в точку выхода дислокации (квадрат). На каждом изображении отмечено время от первого снимка. В левом верхнем углу снимков приведены масштабные линейки (2 мкм).
Скачать (2MB)
4.
Рис. 3. Растворение и последующий рост мономолекулярных ступеней одного и того же холмика — ростового аналога дислокационного источника Франка–Рида. Контур левой части одной из ступеней отмечен белым цветом. Момент пересечения системой точки насыщения выделен красным прямоугольником. На снимках отмечено время от начала эксперимента. Размер изображений 4×7 мкм.
Скачать (3MB)
5.
Рис. 4. Фрагмент графического изображения перехода из растворения в рост через точку насыщения на ступенях одного и того же дислокационного холмика. В левой светлой зоне растворения видны зоны роста (темные ячейки) и области остановки (красные ячейки). В правой темной зоне роста обнаруживаются редкие области растворения (светлые ячейки) и остановки (красные ячейки). Цвета, присвоенные ячейкам, основаны на расчетах по данным АСМ (выноска в центре).
Скачать (3MB)
6.
Рис. 5. Средняя тангенциальная скорость (движения? роста? растворения?) мономолекулярных ступеней на холмике Франка–Рида при переходе от растворения (слева) к росту (справа) через точку насыщения.
Скачать (1MB)
7.
Рис. 6. График средней нормальной скорости и ее флуктуаций при переходе от растворения к росту через точку насыщения. На врезке три профиля одного холмика, сложенного мономолекулярными ступенями, по данным АСМ: за час до точки насыщения перед растворением (белый профиль — 1), в точке максимального растворения (красный профиль — 2) и через час роста (зеленый профиль — 3).
Скачать (1MB)
8.
Рис. 7. Градиенты ∇С, ∇I и ∇K создаются термическими колебаниями в диффузионном слое вокруг толщиной δ испарением и конвекцией соответственно. Лимитирующими поверхностные процессы в области малых скоростей будут градиенты в результате переизбытка (при растворении) и недостатка (при росте) вещества вблизи самой поверхности, и поверхностной миграции — значки ∇Rd, ∇Rg и Mxy в выносках.
Скачать (999KB)
9.
Рис. 8. Моделирование приборного влияния на процессы кристаллизации в наномасштабе. Слева (а, в, д, ж, и) — черная линия показывает результат эксперимента, красная линия показывает характер влияния (объяснения в тексте). Справа (б, г, е, з, к) — результат сложения красной и черной кривых, т. е. гипотетическая кривая средней тангенциальной скорости и ее флуктуаций в отсутствие перемешивания раствора, лазерного теплового воздействия или механического воздействия иглы.
Скачать (3MB)
