Сирстің дислокационды моделі

Нанобөлшектерді зерттеу К.Херрингтің радиосхемелардың қалайы жамылғыларынан (жалғау жерлерінде) жіңішке кристалды мұртшалар табуынан басталған. Ол мұртшалар радиоқабылдағыштың істеуіне кедергі жасады.

Осы пайда болған «кірді», кетіруге арналған сәтсіз жұмыстар мұршалардың керемет төзімді екендігін ашты (вискерлер мен жіпшелер). Олардың төзімділігі геометриялық параметрлері бірдей металл сымдарының төзімділігінен 1000 есе артық екендігі анықталды. Бұл мәлімет ғалымдардың қызығушылығын тудырды. Өсетін төбешік моделі пайда болды. Бұл модель бойынша табаншадан буланып ұшқан металл бөлшектері энергетикалық тұрақсыз төбеге қонады. Сирстің бірінші жұмыстары (1953-1955ж.ж.) сынап пластинкаларының оның буынан өсуіне зерттеуге арналды (10^{-6 мм.сын.бағ.). Зерттеу барысында 650}С-да шыны табаншада жіпше тәрізді кристалдардың өсетіні байқалды. Микроскоптық мәліметтер бойынша жіпшелердің өсуі -50⁰С-да басталатыны анықталды, бұл будың аса қанығуына сәйкес келеді a=20.

Еске түсіре кетейік аса қанығу коэффициенті будың реалды қысымың тепе-теңдіктегі бу қысымына қатынасына тең. Кинетикалық зерттеулер кезінде жіпше тәрізді бөлшектердің өсу жылдамдығы 1,5×10^-4см/с тең болды. Бұл шама «өсетін төбе» моделі бойынша алынған өсу жылдамдығынан 4 орынға артық. Сәйкесінше жіпше тәрізді кристалдардың ось бойынша өсуі тек қана төбешікке келіп ұрылатын бөлшектерге ғана емес, сонымен бірге бу фазасынан түтікшелердің бүйір беттеріне немесе табанға адсорбцияланған, бөлшектердің жіпше бойымен төбесіне дифиундирленуіне де байланысты. Кристалл осі бойымен винтті дислокация өтеді, ол бөлшектің ұшында өспейтін саты түзеді, соның көмегімен үздіксіз, кедергісіз өсуді қамтамасыз етеді.

Винтті дилокация көзі табанша яғни оның жеке бөлшектері. Кристалдардың өсуін Диттлер мен Найман зерттеген кезде бөліну қиықтарында және төбешіктерде дұрыс кристаллографиялық формалар тұратыны анықталды. Осылайша, калийді буынан қанығу коэффициенті a=1,1-1,0 аралығында конденсациялау кезінде, -78⁰С-ден +50⁰С (t_балқу К=+63,5⁰С) алты бұрышты қиықтары бар және төбесінде үшбұрышты пирамида бар кристалдық жіпшелер түзілетіні анықталды.Осы ғалым калий жіпшелерінің әртүрлі табаншаларда өсу ерекшеліктерін анықтаған және жіпше тәрізді кристалдардың «басынан» өсуінің теңдеуі есептелініп алынды, винтті дислокация шығымы, оны қоршаған атомды-энергетикалық қабықшалардан тұрады.

мұндағы n- адсорбциялық атомдардың беттік концентрациясы, А-соқтығысу саны (см^-2. сек ^-1 ); z-тор жіпшелерінің түйіндерінің тығыздығы; (1-n/z) – бос түйіндер бөлігі; А(1-n/z) – адсорбция жылдамдығы (бұл кезде конденсация коэффициенті бірге тең, яғни адсорбция жылдамдығы десорбция жылдамдығына тең); В_n- десорбция жылдамдығы; - беттік диффузия коэффициенті; - беттік диффузиядан заттың тығыздығының артуы. Жіпше тәрізді кристалдардың өсуі 2 сатыдан тұрады; экспоненциалды және сызықты.

Экспоненциалды өсу мына жағдайларда тоқтайды, егер а- егер табаншаға түскен атомда төбешікке жете алмаса. Бұл орындалуы мүмкін, егер: 1-диффузия жылдамдығы кристалдың өсу жылдамдығынан көп артық болса (атомдар төбешікке жетпей буланады); 2- диффузия жылдамдығы кристалдың өсу жылдамдығынан аз болса (табанша негізінен диффундирлеуші атомдар өсіп бара жатқан басқа жете алмайды).

Атомдар төбешікке жету шарттары бойынша олар L қашықтыққа критикалық t уақыт ішінде диффундирлеп үлгеру керек. Бұл кезде кристалл ұзындығы L₀-ден L- ге дейін өзгереді. Егер бұл шарт орындалмаса, онда бүйір бұрыштарында жаңа қабаттар өсе бастайды.

б- аса қанығу флуктуациясы немесе қоспалар адсорбциясы нәтижесінде винтті ось жойылады, содан кейін төбешіктен сырғанау немесе «сырғанп кету» болмайды.

Сызықты өсу диффузия жылдамдығы өте үлкен және аз болғанда, беттік қабаттар өсуі кезінде және өсу бөлшектері пайда болғанда жойылады.

Тәжірибелер кезінде көбінесе үлкен жіпше тәрізді кристалдар түзілген, тек қана белгілі бір жағдайда ған «субмикронды диаметр, кристалданудың төменгі температуралары және т.б.) микробөлшектердің өсуі байқалды, бұл кезде қиықтар формасы дөңгелеке жақын болды.

Бөлшектердің өсуі процесін реттейтін температуралық және газдар қысымына тәуелділіктер эксперименталды есептелінді одан кейін дәлелденді. Өсетін бөлшектердің қырларының өсуіне байланысты классификация жасалынды. Егер қырлар біркелкі және екі өлшемді кеңістікте өссе – бұл F-қырлар, сатылардаң болуы S- қырлар, кедір-бұдырлары К- қырлар.

К қырлар үшін өсу аса қанығу коэффициентіне тура пропорционал (15,7-ге дейін қалыпты жағдайда t=25⁰С). Егер қанығу коэффициенті 15,7- ден көп болса, өсу тоқтайды да бөлшектер қалыңдай бастайды, алайда коэффициент 15,7- ден төмендегенде қайтадан өсе бастайды. Қанығу коэффициенті қанықпау коэффициентіне теңелген кезде қырлар қысқара бастайды. Атомдар кристалдың ұшына емес, қырларда диффундирленеді де, сол жерде десорбцияланады. Бұл кезде кристалдардың ұзындығының өсу және кему жылдамдықтары сызықты ережеге бағынады. Сонымен жіңішке кристалдар кезінде олардың ұштарындағы конденсацияны ескермеуге болады, бұл кезде оның өсу жылдамдығы кристалл радиусына тура пропорционал болады.

Алайда бұл модель бірөлшемді жіпше тәрізді бөлшектердің Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd, Ag және Cd газ фазасынан бір бағытта өсуін түсіндіре алмайды. Осы кристалдарды зерттеген Уэббон винтті остің бар екенін тек қан Pd –ден ғана байқаған.