Кристаллы выращенные: Наборы для опытов и выращивания кристаллов выращивания растений

Для чего выращивать кристаллы в домашних условиях

Вырастить настоящий кристалл – довольно просто, интересно и познавательно. В этой статье говорится о том, как это сделать в домашних условиях.

Кристаллы образуются из любых веществ, чьи атомы и молекулы группируются в упорядоченную структуру. Для их выращивания не нужна лаборатория или специальные приспособления. Подойдут самые простые реактивы, которые всегда под рукой.

Выращивание кристалла — один из самых легких и безопасных химических экспериментов, доступных в домашних условиях. Провести его сможет даже ребенок младшего школьного возраста под присмотром взрослых.

Наградой за усилия станет предмет необычайной красоты, который вы создадите собственными руками.

Виды кристаллов

Монокристалл – это цельный большой кристалл, например, искусственный камень. Он образуется при условии, что процессы кристаллизации проходят предельно медленно.
Поликристалл формируется тогда, когда кристаллизация протекает быстро. В таком случае образуется много крошечных кристалликов. Так себя ведут металлы.

Способы выращивания кристаллов дома

Один из самых простых путей выращивания кристалла – охлаждение насыщенного раствора. Какие при этом происходят процессы?

В теплой воде вещество, выбранное для опыта (например, соль), растворяется полностью.
Температуру раствора понижают: это снижает растворимость соли. Образуется нерастворенная соль, которая выпадает в осадок.
Образование осадка начинается с формирования мелких крупинок и в самом растворе, и на поверхности емкости, в которую он помещен.
Если в растворе нет посторонних включений (обыкновенных пылинок, ворсинок и т.п.), а остывание происходит постепенно, эти крупинки-кристаллики срастаются в более крупные и правильные по форме кристаллы.

Быстрое охлаждение вызывает образование сразу множества крошечных кристаллов неправильной формы, которые не соединяются между собой и сдерживают рост друг друга.

Кристалл также вырастет, если из насыщенного раствора будет постепенно удаляться растворитель (вода). Как это сделать и что будет происходить в сосуде?

Посуду с насыщенным раствором нужно достаточно долго выдерживать при постоянной температуре.
Следует исключить попадание сора и пыли, а также замедлить испарение воды (для этого достаточно накрыть емкость бумагой).

Вырастить кристалл можно на каком-либо подвесе посередине емкости (тогда он приобретет правильную форму), либо на дне емкости.
Если кристалл будет расти на дне, его нужно периодически поворачивать, чтобы добиться симметрии.
На место испарившейся воды следует добавлять раствор такой же консистенции, что был в начале эксперимента.

Основной принцип в данном случае остается прежним: чем медленнее идут процессы, влияющие на кристаллизацию, тем красивее, крупнее и правильнее получатся кристаллы. Если первоначальный кристалл, выступавший как основа для выращивания, имел неправильную форму, он дополнит недостающие части в ходе роста и примет конфигурацию, типичную для природы его вещества.

Так медный купорос в итоге вырастет в ромб, а соли хромокалиевых квасцов образуют октаэдр.

Считается, что дома из подручных средств может вырасти только небольшой кристаллик. Это не так: при должном внимании есть все шансы вырастить дома кристалл любого размера и веса. Фактически для этого достаточно продолжать процедуру кристаллизации, пока не будет достигнут желаемый результат. Конечно, необходимо сразу подобрать подходящую по размеру емкость.

Сохранность кристаллов

Несоблюдение условий хранения может привести к разрушению кристалла. Необходимо ознакомиться с характеристиками выбранного вещества заранее, чтобы избежать разочарования в конце такого долгого и кропотливого труда.

Так, точеные грани кристалла квасцов под действием обычного сухого воздуха потускнеют из-за потери влаги и рассыплются, образовав серый порошок. То же произойдет с сульфатом и тиосульфатом натрия, солями марганца, цинка, никеля, сегнетовой солью. Единственный выход – поместить кристаллы в закупоренные прозрачные сосуды. Некоторые рекомендуют покрывать кристаллы прозрачным лаком, но это только оттягивает срок гибели. А еще — лакированные грани теряют свой первоначальный блеск и выглядят искусственно.

От высокой температуры разрушаются кристаллы, выращенные из медного купороса и алюмокалиевых квасцов. Срок жизни таких кристаллов может продлить хранение в бытовом холодильнике. Однако и тут они продержатся порядка 2-х лет.

Еще одна проблема кристаллов водорастворимых веществ – они разрушаются от перепадов температурного режима из-за влаги, которая в небольшом количестве сохраняется внутри них. По этой причине появляются пятнышки, сколы, происходит оплывание граней, потеря блеска.

Пожалуй, самое устойчивое из популярных для выращивания кристаллов веществ – поваренная соль.

Из чего можно вырастить кристалл

Кроме вышеназванных веществ, кристаллы дома можно вырастить из сахара.

Гораздо сложнее, но вместе с тем и интереснее выращивать искусственные камни (аметисты, кварциты, рубины и др. ). Это достаточно трудоемкий процесс, который требует специального оборудования для поддержания постоянной температуры, давления, влажности и других важных для успеха эксперимента показателей. Иными словами, чтобы получить искусственный камень, потребуется настоящая лаборатория.

Каким должно быть вещество для домашнего выращивания кристалла?

Безопасным, нетоксичным. Этому требованию соответствуют далеко не все вещества с кристаллической структурой. Например, цианид калия KCN (или сульфид натрия Na2S) тоже образует кристаллы своей характерной формы. Но проводить с ним опыты в домашних условиях нельзя, потому что он вступает в реакцию окисления с кислородом в составе воздуха и выделяет ядовитые вещества, опасные для человека.

Второе важное качество – стабильность. То есть выбранное вещество должно вступать с водой в обратимую реакцию. Кроме того, важна устойчивость к колебаниям температуры. Некоторые органические вещества могут необратимо разрушаться при попадании в горячую воду (реакция гидролиза).
Стоимость реактивов. Как известно, первый опыт (или несколько) может оказаться не очень удачным, потому для начала лучше остановить свой выбор на недорогих и доступных веществах.
Да выращивания кристаллов понадобится много очищенной воды – об этом тоже следует позаботиться заранее.
Способность растворяться в воде. Перед началом опыта следует узнать, какой расход выбранного вещества на заданный объем воды потребуется. Чтобы вырастить кристалл сахара, например, понадобится растворить в 1 л воды не меньше 2-х кг сахара. Так что лучше предварительно составить график растворимости исходного вещества. Для этого нужно из массы стакана воды вычесть массу того же объема профильтрованного раствора после того, как растворение закончится и температура стабилизируется. Это поможет составить представление о том, сколько вещества для кристаллизации понадобится на заданный объем воды.

Как вырастить кристалл поваренной соли

Проще всего практиковаться на обычной поваренной соли. Тогда не понадобятся специальные химические реактивы, только соль и очищенная вода.

Шаг 1. Заготовить кристаллик соли, обвязав его тонкой ниткой, закрепленной посередине небольшой палочки (карандаша, ручки).

Кристаллик соли

Цель: поместить кристаллик так, чтобы он был погружен в раствор, но не контактировал с поверхностью сосуда.

Кристалл соли привязываем к нитке и помещаем в стакан

Шаг 2. В емкость (прозрачную, чтобы можно было наблюдать за ростом кристалла) налить теплой воды и всыпать соль. Помешивать, пока соль не растворится полностью. Затем добавить соли и повторить. Солить воду необходимо, пока соль не прекратит растворяться. Это заметно по появлению на дне посудины осадка.

Шаг 3. Раствор нужно постепенно нагревать, поставив в емкость большего диаметра с горячей водой.

В итоге осадок растворится. Если на дне что-то осталось, лучше перелить раствор в чистую посуду.

Шаг 4. Поместить емкость с полученным раствором в место со стабильной температурой. Погрузить в раствор кристаллик-зародыш на нитке. Сверху сосуд с раствором нужно накрыть бумагой.

Кристаллик-зародыш на нитке погружаем в раствор

Шаг 5. Процесс кристаллизации пошел. Далее необходимо будет при испарении воды добавлять в емкость такой же по содержанию соли раствор, как был в начале эксперимента. Через некоторое время станет заметно, что изначальный кристаллик увеличился в размерах. Растить его можно сколько угодно, пока хватит размера емкости и терпения. Полученный кристалл будет довольно долговечным.

Как вырастить кристалл сахара

Кристаллы сахара можно использовать как украшение стола или леденцы для детей. Но они достаточно дорого обойдутся из-за большого расхода сахара. На 2 стакана воды понадобится в итоге 5 стаканов сахарного песка.

Кристаллы сахара

Процесс приготовления раствора аналогичен тому, как это делается для соляных кристаллов. Выращивать сахарные кристаллы удобнее всего на зубочистках или деревянных шпажках. Для «затравки» достаточно обмокнуть шпажку в сироп и окунуть в сахар, чтобы он равномерно налип на поверхность. Нужно выждать время, чтобы сахар хорошо прилип и высох.

Чтобы сформировать цветные кристаллы, стоит добавить в сироп пищевой краситель (оптимальный вариант – соки).

На то, чтобы вырастить кристалл сахара из указанного количества ингредиентов, понадобится 1 неделя.

Сахарные кристаллы на палочках (Видео)

В этом видео рассказывается как вырастить съедобные кристаллы из сахара, не просто красивые на вид, но и очень вкусные.

Как вырастить кристалл медного купороса

Соляные кристаллы получаются прозрачно-белыми, а медный купорос дает насыщенный голубой оттенок.

Кристалл медного купороса

Вырастить такой кристалл не сложнее, чем соляной: понадобится насыщенный раствор и кристаллик-зародыш на нитке.

Кристалл медного купороса подвешенный на нитке

В насыщенный раствор медного купороса на нитке опускаем затравку

Раствор в прозрачной емкости необходимо поместить в затененное место со стабильной температурой, подвесить кристалл так, как и в случае с солью, и ждать, периодически добавляя раствор вместо испарившегося.

42 день эксперимента

Нельзя вынимать кристалл из рабочего раствора, пока процедура его образования не будет закончена!

Техника безопасности

Для выращивания кристаллов нельзя применять пищевую посуду (исключение – опыты с солью и сахаром). Не следует оставлять рядом пищу: во-первых, потому что реактивы токсичны, во-вторых, из-за сора и крошек, которые при попадании в раствор погубят эксперимент.

При манипуляциях с химическими реактивами следует соблюдать абсолютно все правила, указанные на упаковке. По завершении работы нужно вымыть руки.

Вырастить кристалл дома – довольно просто, интересно и познавательно. Сначала лучше потренироваться на доступных веществах. Если что-то пойдет не так, нужно проверить соблюдение всех условий, необходимых для образования кристалла. Освоив самые простые кристаллы, можно приступать к работе с другими реактивами. Это никогда не надоедает, потому что разные вещества дают кристаллы разной формы и окраски. К тому же, нет двух абсолютно одинаковых кристаллов, а их конфигурацию и размеры можно регулировать по собственному желанию.

Выращивание кристаллов в домашних условиях — очень длительный, трудоемкий и кропотливый процесс, но он очень увлекательный и однозначно стоящий затраченного времени. Этот опыт очень нравится детям, к тому же большинство нижеприведенных способов совершенно безопасны. Итак, рассмотрим основные способы выращивания кристаллов в домашних условиях.

Как вырастить кристалл из сахара в домашних условиях

Начинать свои опыты по выращиванию кристаллов в домашних условиях лучше всего с самых интересных и приятных. Проще всего вырастить кристалл из сахара, к тому же если вы проводите этот опыт с детьми, они смогут попробовать плоды своего творчества по окончании процесса.

Для того чтобы вырастить кристалл из сахара нам будет нужно:

2 стакана воды;
5 стаканов сахарного песка;
деревянные шпажки;
бумага;
небольшая кастрюлька;
несколько прозрачных стаканов.

Процесс изготовления кристалла начинается с изготовления сахарного сиропа. Для этого берем 1/4 стакана воды и две ложки сахара. Смешиваем, доводим на огне до получения сиропа. Макаем деревянную шпажку в сироп и немного обсыпаем сахаром. Чем равномерней произойдет обсыпка шпажки, тем идеальней и красивей выйдет кристалл. Подобным образом делаем требуемое количество заготовок и оставляем их до полного высыхания, например, на ночь.

Прошло некоторое время, наши шпажки просохли и теперь мы можем переходить к с следующей части опыта. В кастрюлю наливаем 2 стакана воды и высыпаем 2,5 стакана сахара. На небольшом огне, постоянно помешивая, превращаем нашу смесь в сахарный сироп. Помешивание требуется проводить тщательно, до полного растворения сахара! Добавляем оставшиеся 2,5 стакана сахара и также, до полного растворения, варим сироп. После этого, оставляем сироп немного остыть, на это потребуется приблизительно 15-20 минут. Этим временем продолжаем приготовление заготовок из шпажек, основы для нашего будущего кристалла. Нарезаем кружки бумаги чуть больше диаметра наших стаканов и протыкаем палочками получившиеся кружки. Главное, чтобы бумага плотно зафиксировалась на шпажке. Бумага будет являться держателем и крышкой для стакана.

Остывший, но еще горячий сироп разливаем по стаканам. На этом этапе в сироп можно добавить немного пищевого красителя, тогда кристалл в итоге получится цветным. Опускаем в стакан нашу заготовку (палочку с кружком бумаги) и оставляем в покое до созревания кристалла. Важно при этом не касаться стенок и дна! Ну, и то же самое проделываем со всеми оставшимися заготовками.

Для выращивания кристалла потребуется приблизительно неделя. Это очень интересный и увлекательный процесс, который очень нравится детям. Каждый день кристалл увеличивается и приобретает свою индивидуальную форму. Некоторые кристаллы растут быстрее, некоторые медленнее, но основная масса вызревает именно за 7 дней. Полученный кристалл из сахара очень хорошо употребить всей семьей на домашнем чаепитии либо просто погрызть в минуты хандры! Вот так, занимательная химия это не только интересно, но еще и вкусно ;).

Как вырастить кристалл из соли в домашних условиях

Выращивание кристалла из соли в домашних условиях довольно простой процесс, но требующий терпения и внимательности. Однако, результат эксперимента превосходит все ожидания. Нам потребуются:

чистая вода;
кастрюля;
2 стеклянных банки;
поваренная соль;
крепкая нитка.

Нагреваем в кастрюле воду, именно сильно нагреваем, а не доводим до кипения, в кипятке эксперимент не получится. После нагрева воды понемногу начинаем насыпать в неё соль, постоянно помешивая до полного растворения порции соли. После этого добавляем еще соль, помешиваем до растворения. И так до тех пор пока соль не перестанет растворяться. Переливаем полученный насыщенный соляной раствор в банку и даем хорошенько отстояться в течении суток. На следующий день мы увидим в банке множество мелких кристалликов осевшей соли. Выбираем самый красивый и большой из них, аккуратно достаем и привязываем на нитку. Тщательно переливаем раствор в пустую банку, следя за тем, чтобы осевшие кристаллики не попали в новый сосуд. Затем кристалл на нитке опускаем в отфильтрованный соляной раствор и запасаемся терпением. Через 2-3 дня вы заметите увеличение кристалла, этот рост будет продолжаться какое-то время до окончания роста. После того как вы заметите, что кристалл перестал увеличиваться можно либо закончить эксперимент если вы довольны результатом, либо приготовить еще насыщенного соляного раствора, также как мы проделали это выше, и опустить туда наш кристалл. Кстати, если часто менять раствор соли, то рост кристалла будет проходить быстрее.

Очень важно не охлаждать специально раствор и не взбалтывать его, в этом случае получаются кристаллы несовершенной формы. Также не стоит добавлять никакие красители, кристалл не окрасится, а эксперимент будет загублен.

Как вырастить кристалл из медного купороса в домашних условиях

Выращивание кристаллов из медного купороса в домашних условиях это уже следующий уровень сложности, при котором требуется соблюдать требования безопасности и выполнять его детям можно только под присмотром взрослых.

Для проведения эксперимента нам потребуется:

вода, лучше дистиллированная;
стеклянная банка;
соль меди (медный купорос или сульфат меди, который можно купить в магазине для садоводов-огородников).

Перед покупкой обязательно рассмотрите вещество, оно должно представлять собой ярко-синий однородный порошок. При наличии комков и зеленых вкраплений от покупки лучше отказаться. Дачникам то он пойдет в хозяйстве, а нам, начинающим химикам, нет.

Итак, правильный купорос закуплен. Высыпаем примерно 100 граммов порошка в стеклянную банку и заливаем понемногу горячей водой, постоянно помешивая. Мы должны получить насыщенный раствор, в котором уже не сможет растворяться соль меди. Фильтруем раствор и ставим в холодильник. На следующий день на дне мы обнаружим множество кристаллов. Отбираем парочку самых больших и красивых и помещаем в емкость с отфильтрованным раствором. Перед этим поступаем с кристаллами также как и в предыдущем опыте с поваренной солью, а именно, закрепляем на нитке и опускаем в банку. Накрываем сосуд тонкой бумагой и запасаемся терпением. Выращивание кристалла из медного купороса занимает несколько недель. После завершения формирования кристалла его нужно аккуратно вынуть, сполоснуть холодной проточной водой и покрыть бесцветным лаком для ногтей.

В природе происходит много интересных процессов. Один из них — создание кристаллов горных пород. А ведь этот чудесный, окутанный тайной процесс можно воспроизвести дома, наблюдая, как из привычных нам веществ постепенно вырастают прекрасные минералы.

Самым безопасным ингредиентом является сахар. С него и стоит начать, тем более, что такие кристаллы не только красивые, но и съедобные. Необходимо взять:

2 стакана воды;
на 3 стакана больше сахара;
палочки;
бумагу или прищепки;
емкость;
стаканы;
краситель пищевой.

Из 1/4 стакана воды и 2 столовых ложек сахара варится сироп. Затем в него окунаются палочки и обваливаются в небольшом количестве сахара, насыпанного на салфетку. Когда они полностью высохнут, берем емкость, наливаем туда 2 стакана воды и насыпаем половину нормы сахара. Огонь уменьшаем до минимума, помещаем емкость на плиту, и помешивая, ждем растворения всего сахара. Добавляем остальной песок и растворяем его. Выключаем горелку и даем раствору постоять минут 20. Сироп горячим разливаем по стаканам и добавляем в каждый краситель пищевой. На палочки надеваем держатели. Когда мы опустим эти палочки в горячий сироп, ограничитель предохранит от контакта со стенками и дном посуды. Приблизительно через 7 дней произойдет чудо.

Еще 1 доступный ингредиент — NaCl — соль пищевая. Приступаем:

Наливаем в стакан теплую воду — 200 мл.
Добавляем порциями соль, все время размешивая. Делаем это до тех пор, пока кристаллики соли не перестанут растворяться. Приблизительно уйдет 70 г. Важно, чтобы соль была чистой, в противном случае опыт может закончиться отрицательным результатом.
Берем емкость с водой, ставим на огонь. Помещаем туда стакан, и пусть он там находится до нагрева раствора в нем. Не забудьте положить на дно емкости тряпочку или какую-то подставку, иначе стакан треснет.
Заготавливаем нехитрое приспособление, состоящее из карандаша с привязанной к нему ниткой, на конце которой закреплен самый большой кристаллик соли. Если вместо кристаллика привязать камешек или фигурку, выполненную из медной проволоки, то в конце получим очень красивый образец.
Вынимаем стакан, пропускаем раствор через фильтровальную бумагу. На кромки стакана укладываем приспособление. Нитка с кристалликом опустится в насыщенный раствор. Отводим для посуды темное место.
Наблюдаем, как кристаллик увеличивается. Когда решите, что он вырос достаточно, вынимайте и обсушите, покройте лаком. Обращайтесь с ним осторожно — он очень хрупкий.

Очень красивые синие кристаллы вырастают из медного купороса. Материал этот не такой безопасный, как сахар или соль, поэтому работайте в перчатках. Технология почти такая же:

Берем стеклянную банку и наливаем воду — 300 мл.
Вводим постепенно медный купорос до перенасыщения раствора.
Ставим на плиту кастрюлю с водой, в нее помещаем банку и нагреваем.
Подвешиваем на нитку бусину или пуговицу. Привязываем к деревянной палочке.
Вынимаем банку, даем раствору остыть.
Размещаем палочку с ниткой поперек отверстия в банке. Следим, чтобы груз не касался дна и стенок посудины.
Ждем, пока вырастет кристалл, затем вынимаем его.
Наносим покрытие, используя лак для ногтей бесцветный.

Хорошие кристаллы вырастают из алюмокалиевых квасцов (алунита). Покупают их в аптеке. Затем:

растворяют в нагретой воде;
фильтруют;
ставят в спокойное место, температура — комнатная;
появляются кристаллы через несколько дней на дне посуды;
выбирают лучшие, переносят в другую посуду и заливают старым отфильтрованным раствором;
повторяют эту операцию дня через 2-3 до получения минералов нужной величины;
вынимают, промокают салфеткой и лакируют.

В магазинах, где продают игрушки, иногда появляются наборы с материалами для выращивания кристаллов. В них присутствуют сульфаты алюминия и калия, а также аммония фосфат и красители.

Подытожим так: выращивание кристаллов — творческий, увлекательный процесс. Если делать это вместе с ребенком, то кто знает, может, из него вырастет знаменитый исследователь?

Содержание:

Такие опыты, как вырастить кристалл собственноручно, помогут вам почувствовать себя мастером на все руки — вы научитесь делать красивые украшения для дома, сладкие леденцы и поможете своим детям выучить основы химии.

Использование кристаллов

Такая идея, как вырастить кристалл – это отличная возможность изучить химические свойства разных веществ. Если у вас дома есть дети, обязательно поставьте перед ними задачу вырастить кристалл дома — не без вашей помощи, конечно. Ребятам будет интересно наблюдать за ходом работы, постигая химическую науку таким увлекательным путем.

Некоторые опыты также помогут вам получить декоративные детали для украшения отдельных композиций — к примеру, соляные кристаллики могут стать отличными декорирующими материалами.

Однако нужно помнить, что многие используемые материалы крайне ядовиты — их нельзя трогать руками, вдыхать пары. Такие вещества непригодны для использования в повседневной жизни — их можно применять только для опытов.

Выращивание кристаллов можно выбрать в качестве хобби, увлекательного занятия, ведь на самом деле создатель никогда не знает, какой кристалл получится в итоге.

Виды химических веществ

В домашних условиях вырастить кристалл можно из самых разных веществ. Некоторые из них требуют специальной обработки: работать с ними можно только при определенных условиях — при специальной температуре, освещении и т. д. К таким стоит отнести следующие материалы:

кровяная соль;

различные квасцы;

сульфат никеля;

нитрат аммония.

Если вы только начинаете знакомство с тем, как вырастить кристалл в домашних условиях, лучше повременить с их использованием.

Тем не менее многие смеси для работы — такие, как поваренная соль, — можно найти в любом доме. С них и рекомендуется начинать работу новичкам.

Поваренная соль

Нет ничего более простого, как вырастить кристаллы соли в домашних условиях!

Для работы с этим продуктом вам не нужно использовать какие-то специальные принадлежности или оборудовать рабочее место со сверхъестественными условиями.

Медный купорос

Еще один простой вариант. До того, как вырастить кристалл из медного купороса, вещество можно купить в магазине садоводов-любителей — его продают в качестве удобрения.

Из мастер-классов, представленных ниже, вы поймете, что с купоросом работать так же легко, как вырастить кристалл из соли. Единственное отличие заключается в том, что смесь является активным насыщенным соляным веществом, поэтому опыты нежелательно проводить с использованием проточной или любой другой воды — подходит только дистиллированная, которую вы сможете найти в аптеке.

Сахар

Единственное вещество, которое можно съесть после опыта! Опыты с сахаром абсолютно безвредны, так что вы можете спокойно учить детей, как вырастить кристалл, на его примере.

В итоге должны получиться восхитительные леденцы из сахара в виде морозных кристаллов — оригинальная замена петушкам на палочке.

Правила техники безопасности

Несмотря на то, что начинающие химики пользуются, в основном, привычными растворами, вроде соляного или сахарного, каждый обязательно должен соблюдать определенные меры предосторожности — инструкция представлена ниже.

Выделите на опыты специальную посуду, из которой вы не будете есть в дальнейшем. Пренебрежение данным пунктом может привести к серьезнейшему пищевому отравлению.
Каждое вещество нужно хранить в отдельной, герметично закрывающейся упаковке с обязательной подписью содержимого на флакончике. Держите вещества вне доступа детей и домашних животных, в прохладном и темном месте.
Используйте защитную одежду и перчатки.
Работу с химическими веществами, выделяющими в воздух пары, нужно проводить только возле мощных вытяжек.
При попадании кислоты на кожу нужно обязательно присыпать место слабой щелочью (водой, разбавленной с пищевой содой) и наоборот — щелочные растворы легко нейтрализовать кислотой вроде лимонной.

Подобные навыки очень пригодятся при работе с опасными химическими реактивами. Со временем вы доведете выполнение данной инструкции до автоматизма и сможете не волноваться, когда захотите вместо обычной соли или соды использовать опасные смеси, чтобы вырастить кристалл.

Кристаллы из соли в домашних условиях

После теоретических советов можно переходить к той части, где вы узнаете, как вырастить кристалл из соли. Подготовьте воду в неограниченном количестве — лучше использовать дистиллированную (очищенную от любых добавок), чтобы вещество не вступило в реакцию с какими-либо примесями. Однако подойдет и обычная проточная вода.

Кроме того, вам понадобится небольшая кастрюлька, стеклянная емкость (банка, стакан), шелковая нитка, пачка соли.

Поставьте на средний огонь кастрюльку с водой. Подогрейте воду, но не доводите до кипения.

Маленькими порциями начните всыпать соль в воду, постоянно помешивая. Каждый раз насыпайте новую горстку после полного растворения предыдущей.

Заканчивается приготовление раствора тогда, когда соль полностью перестала растворяться в воде — это значит, вы приготовили концентрированную смесь.

Концентрированный состав перелейте в прозрачную стеклянную емкость и оставьте отстаиваться примерно на сутки.

Свободное время необходимо, чтобы все мельчайшие, нерастворившиеся частички осели на дно. На фото вы можете увидеть, каким получается соляной осадок.

Возьмите нить или шнурок, обвяжите вокруг длинной тонкой палочки, которую вы сможете положить на горлышко стеклянной емкости.

Длина шнурка должна быть меньше высоты сосуда, поэтому отрежьте излишки.

Опустите ниточку в воду в подвешенном состоянии так, чтобы она не касалась стенок банки и осадка на дне.

Оставьте опыт в таком состоянии на 1-3 недели.

Уже через пару дней вы заметите прирост мелких кристалликов на нитке. Опыт в данном случае интересен как раз наблюдением за тем, насколько вырастет кристалл за определенный промежуток времени.

Вместо обычной нитки вы можете опустить в стакан подвешенный на нитке большой кусочек соли. В таком случае вещество будет расти вокруг него.

Вы можете как вырастить кристалл определенной формы, так и произвольной. Чтобы контролировать внешний вид вещества, на одну сторону кристаллика нанесите тонким слоем жир или вазелин — вы увидите, что здесь прироста не будет.

При желании соль можно заменить другими веществами — к примеру, по такой же технологии легко приготовить кристаллики из соды или медного купороса.

Как вырастить кристалл из сахара?

Если вы поставили перед собой цель узнать, как вырастить кристалл из сахара, то будете приятно удивлены результату — красивым сладким леденцам, которые порадуют детей и приятно удивят взрослых во время чаепития. Интересный вариант их использования — размешивание ими чая. Так вы получаете и палочку для помешивания, и сахарный подсластитель.

Приготовьте концентрированный раствор сахара таким же способом, как в опыте с солью — сахар должен полностью перестать растворяться в теплой воде. После этого перелейте горячий сироп в прозрачную посуду.

Когда раствор будет готов, займитесь подготовкой палочек-основ. Привяжите одну палочку к другой крест-накрест так, чтобы первая была опущена в посудину, а другая держалась за ее горлышко.

Опустите палочку в сироп — она не должна касаться дна.

Оставьте конструкцию в сухом и теплом месте — вы заметите уже через день, как в жидкости начнут появляться кристаллики.

Примерно через неделю у вас получатся готовые сахарные шпажки. Приятного аппетита!

Если вы хотите, чтобы леденец у вас получился цветным, при разливании горячего сиропа добавьте немного пищевого красителя в каждую баночку.

Такие сладости могут стать приятным подарком близким на праздники — такими сладкими палочками можно дополнить презент на Новый год или День рождения.

Чтобы узнать, как вырастить кристалл из медного купороса, посмотрите следующее видео.

Набор для выращивания Lori Лучистые кристаллы Красный кристалл

Запросите оферту через форму обратной связи

Арт. 849786

• В наличии

Характеристики:

Торговая марка: Lori
Единица продажи: набор
Возрастная категория: 10+
Тематика: опыты и эксперименты
Пол ребенка: унисекс
Серия: Лучистые кристаллы

Цена интернет-магазина.

Указана с НДС.

Наличие в магазинах «Комус» товара с артикулом N {{productId}}
{{region}}, состояние на {{currentTime}}

{{> pageNumberTemplate pages}} {{#if availableStocks.length}} {{#if subwayNeed }} {{/if}} {{#each availableStocks}} {{/each}} {{/if}} {{> pageNumberTemplate pages}}

В розничных магазинах «Комус» цена на данный товар может отличаться от цены Интернет-магазина.

Подробную информацию о цене и количестве товара вы можете получить,
позвонив по телефону ближайшего к Вам магазина «Комус».

Адреса всех магазинов Комус

Закрыть

Сравнение товаров

Закрыть

Нечего сравнивать

{{/if}} {{#if (gt products.length 1)}} {{/if}} {{#each products}} {{#each fields}} {{#each this}} {{/each}} {{/each}} {{#each products}} {{/each}} {{#each products}} {{/each}}

{{#if (eqw this. forbidden true)}} {{> productAddToCartForbiddenTemplate}} {{else}} {{#if (and (neqw this.stock null) (neqw (uppercase this.stock.stockLevelStatus.code) «OUTOFSTOCK») (neqw this.price null))}} {{else}} Товар недоступен {{/if}} {{/if}} Арт. {{this.code}} {{#if this.stock}} {{#if (neqw this.stock.stockStatusText null)}} {{{ this.stock.stockStatusText }}} {{else}} {{#if (eqw (uppercase this.stock.stockLevelStatus.code) «ONREQUEST»)}} Под заказ {{else}} {{#if (neqw (uppercase this.stock.stockLevelStatus.code) «OUTOFSTOCK»)}} В наличии {{else}} Нет в наличии {{/if}} {{/if}} {{/if}} {{/if}} {{/each}} {{#each fields}}
{{@key}}	{{this}}
Торговая марка	{{#if (neqw this. trademark null)}} {{this.trademark.name}} {{/if}}
Рейтинг	{{#if (eqw this.ratingWidth null)}} {{this.averageRating}}{{#if (eqw this.averageRating null)}}0{{/if}}
{{#unless eaistPopup}} Отсутствующий товар: {{/unless}}	Выберите товары для замены:
{{#if (gt @index 0)}} {{/if}} {{#if (eqw this. forbidden true)}} {{> productAddToCartForbiddenTemplate}} {{else}} {{#if (and (neqw this.stock null) (neqw (uppercase this.stock.stockLevelStatus.code) «OUTOFSTOCK») (neqw this.price null))}} {{else}} Товар недоступен {{/if}} {{/if}} Арт. {{this.code}} {{#if this.stock}} {{#if (neqw this.stock.stockStatusText null)}} {{{ this.stock.stockStatusText }}} {{else}} {{#if (eqw (uppercase this.stock.stockLevelStatus.code) «ONREQUEST»)}} Под заказ {{else}} {{#if (neqw (uppercase this.stock.stockLevelStatus.code) «OUTOFSTOCK»)}} В наличии {{else}} Нет в наличии {{/if}} {{/if}} {{/if}} {{/if}} {{/each}}
{{@key}}	{{this}}
Торговая марка	{{#if (neqw this. trademark null)}} {{this.trademark.name}} {{/if}}
Рейтинг	{{#if (eqw this.ratingWidth null)}} {{this.averageRating}}{{#if (eqw this.averageRating null)}}0{{/if}}

Лаборатория роста кристаллов

Из истории Научные задачи Прикладные задачи Партнеры Производство кристаллов

Сотрудники лаборатории

Штатная численность лаборатории составляет около 50 человек, поскольку в состав подразделения входит опытное производство, включающее ростовой участок, участок оптико-механической обработки кристаллов, участок подготовки шихты и химобработки изделий, участок сборки сцинтиблоков, группу инженерно-технического обеспечения. Заведующий лабораторией – к.х.н. Шлегель Владимир Николаевич.

Из истории

Подразделение было выделено из лаборатории эпитаксиальных слоев в отдельную научно-технологическую группу, в которой сочетаются НИОКР и опытное производство кристаллов, в конце 1991 года. Этому предшествовал период интенсивного формирования тематики, начавшийся с того, что перед небольшим коллективом сотрудников академиком Ф.А. Кузнецовым была поставлена задача автоматизации процесса выращивания лазерных кристаллов двойных щелочно-редкоземельных молибдатов и вольфраматов низкоградиентным методом Чохральского. Созданный А.А. Павлюком, низкоградиентный метод Чохральского являлся ключевой составляющей разработки, поскольку, используя традиционные подходы, не удавалось вырастить кристаллы этих соединений. Впервые соединения были синтезированы в лаборатории синтеза и роста монокристаллов РЗЭ и обладали рядом преимуществ по сравнению с известными лазерными материалами.

В составе лаборатории эпитаксиальных слоев сотрудники группы успешно участвовали в разработке и внедрении автоматизированных технологий выращивания лазерных и других функциональных кристаллов в отраслевые институты и на промышленные предприятия бывшего СССР – ГОИ им. С.И. Вавилова (Ленинград), НПО «Монокристаллреактив» (Харьков), Кироваканский химзавод, Красноярский завод цветных металлов и др.

Момент административного выделения подразделения совпал со временем распада СССР и началом рыночных реформ. После 1992 года производство кристаллов на промышленных предприятиях, где институт внедрил технологии роста кристаллов, было свернуто, причем некоторые предприятия оказались за пределами России. Сохранить и далее развивать научно-технический потенциал в условиях резкого сокращения бюджетного и хоздоговорного финансирования удалось, организовав экспортно-ориентированное производство сцинтилляционных кристаллов германата висмута Bi₄Ge₃O₁₂(BGO). Кредитные ресурсы, необходимые для создания производственных мощностей, были получены благодаря поддержке Российским Фондом технологического развития (РФТР) проекта «Совершенствование технологии выращивания большеразмерных кристаллов германата висмута и создание на этой основе экспортно-ориентированного опытного производства сцинтилляционных элементов» с финансированием на возвратной основе. После успешного выполнения этого проекта в 1997-1998 гг. институт сумел занять достойное место на мировом рынке сцинтилляционных кристаллов.

Фундаментальные научные задачи

Фундаментальные исследования лаборатории, тесно связанные с решением прикладных задач, направлены, в первую очередь, на развитие научных основ процесса выращивания кристаллов из расплава разработанной в институте низкоградиентной модификацией метода Чохральского (LTG Cz – low thermal gradient Czochralski technique).

Направления фундаментальных исследований

Изучение формообразования кристаллов смешанных оксидов и их морфологии в условиях низких градиентов температуры и доминирования послойного механизма роста; изучение макрорельефа поверхности и реальной структуры кристаллов.
Изучение связи свойств и реальной структуры кристаллов с условиями роста, формообразованием, стехиометрией и с примесным составом.
Моделирование тепло-массопереноса в условиях низкоградиентного метода; анализ динамики процесса выращивания, как объекта управления, получение необходимых для этого физико-химических констант.

Объекты

Сотрудниками лаборатории были детально изучены условия выращивания в низких градиентах ряда совершенных оксидных сцинтилляционных кристаллов – Bi₄Ge₃O₁₂ (BGO), CdWO₄, ZnWO₄,_{а также других оксидных функциональных кристаллов, в частности, LiNbO₃, Bi₁₂GeO₂₀, Bi₁₂SiO₂₀, Pb₂MoO₅ и т.п.}

В настоящее время основными объектами исследований являются кристаллы ZnMoO₄, Li₂MoO₄, Na₂Mo₂O₇, PbMoO₄ и другие кристаллы, используемые в качестве рабочего тела в криогенных болометрах, применяемых в астрофизике частиц для поиска т.н. редких событий – двойного безнейтринного бета-распада и обнаружения гипотетических частиц WIMP. Для экспериментов в этой области требуются высокосовершенные изотопно-обогащенные сцинтилляционные кристаллы с низким уровнем радиоактивного фона. Первым шагом в этом направлении было выращивание в 2009 г. моноизотопного по кадмию кристалла ¹⁰⁶CdWO₄.) с уникальным (87%) коэффициентом использования ограниченного количества сырья (265 г), синтезированного ЗАО НеоХим. В последние годы были успешно выращены кристаллы Zn¹⁰⁰MoO₄ и Li₂¹⁰⁰MoO₄ и др. для международных проектов LUMINEU, AMoRE‑II и CUPID‑Mo. На первой стадии этих работ использовался оксид ¹⁰⁰Mo₂O₃; позднее в качестве исходного сырья служил металлический молибден, обогащенный изотопом ¹⁰⁰Mo.

Прикладные задачи, решаемые и разрабатываемые лабораторией

Разработка и модернизация ростового оборудования с автоматическим весовым контролем для выращивания кристаллов низкоградиентным методом Чохральского.
Разработка технологии производства оксидных кристаллов, начиная от синтеза особочистых веществ– прекурсоров роста кристаллов (Bi₂O₃; WO₃; MoO₃ и др. ), заканчивая обработкой кристаллов и рециклированием отходов изотопно-обогащенного сырья.
Развитие методов контроля и системы управления качеством в производстве кристаллов и изделий на их основе.

Научные и производственные связи, партнеры

Подразделение тесно сотрудничает со следующими институтами и организациями:

Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН
Институт теплофизики им С.С. Кутателадзе СО РАН
Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН
ГП «Германий», Красноярск

Зарубежные связи

Институт ядерных исследований НАН Украины
Институт химии конденсированных сред, Бордо, Франция (Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux)
Институт космической астрофизики, Орсей, Франция (Institut d’Astrophysique Spatiale)
Центр ядерной спектрометрии и масс-спектрометрии, Орсей, Франция (Centre de spectrométrie nucléaire et de spectrométrie de masse)
Institute for Basic Science, Daejeon,Korea

Экспортно-ориентированное производство кристаллов германата висмута

Финишным продуктом производства являются сцинтилляционные элементы на основе кристаллов BGO, а также сцинтиблоки и детектирующие матрицы. Вес кристаллических буль BGO, выращиваемых методом LTG Cz на разработанных в ИНХ производственных установках НХ780, достигает 70 кг. Кристаллы, выращиваемые однократной кристаллизацией, имеют радиационную стойкость на уровне ~10⁶рад.


Стадии производства элементов на основе кристаллов BGO	Производственная ростовая установка НХ780

Стабильная технология – результат многолетнего исследований и сотрудничества лаборатории с другими институтами СО РАН – ИЯФ, ИГиГ и ИАиЭ, а также с ФТИ РАН, начало которому было положено ещё в бывшем СССР. Поскольку радиационная стойкость зависит как от условий роста, так и от присутствия примесей на уровне долей ppm, ключевую роль в достижении стабильности играет организация в ИНХ синтеза исходного оксида висмута в и контроль всех стадий производства.

Среди зарубежных потребителей кристаллов BGO, производимых институтом, насчитывается более трех десятков научных организаций и фирм. В ряде случаев ИНХ СО РАН являлся единственным производителем, обеспечивающим требуемое экстремальное качество кристаллов для крупных физических проектов:

Еще в 1999 г. 48 кристаллов BGO размером 20x90x(310-345) мм³ были изготовлены для вето-экрана спектрометра IBIS – одного из двух основных инструментов международной орбитальной астрофизической лаборатории INTEGRAL (INTErnational Gamma Ray Astrophysics Laboratory), созданной в рамках Европейского космического агентства. Выведенная на орбиту российской ракетой “Протон” в октябре 2002 года, эта лаборатория до сих пор играет важную роль в исследованиях ученых Европы, США и России.
В 2013 году в Норильске успешно завершила полет запущенная в Швеции международная стратостатная станция POGoLite, целью которой являлось изучение поляризованного гамма-излучения вселенной. Для этого проекта ИНХ изготовил более 400 высококачественных кристаллов BGO сложной формы с общим весом более 300 кг.
С марта 2015 в составе гамма-спектроскопа межпланетного зонда Dawn, запущенного NASA в 2007, кристалл BGO, выращенный в ИНХ, вращается вокруг карликовой планеты Церера.
В 2009-2011 гг. в ИНХ было изготовлено 1260 клиновидных кристаллов 20-ти типоразмеров общим весом 1,8 тонны для 4πэлектромагнитного калориметра Отделения ядерной физики университета, Университета Тохоку, Сендай.
В 2011-2013 гг. радиационно-стойкие кристаллы сложной формы изготовлены для рентгеновского космического телескопа ASTRO-H, разработанного Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA).

Российский рынок

Потребление кристаллов BGO в России постепенно нарастает, однако оно остается недостаточным, чтобы сделать его рентабельным, и именно экспортная основа создала возможность обеспечить высококачественными кристаллами отечественных приборостроителей. С другой стороны, хотя объем российского рынка относительно невелик, он связан с решением государственных задач первостепенной важности – геологоразведкой, системами обнаружения ВВ, промышленной томографией на предприятиях ВПК и др.

Сотрудники

Заведующий лабораторией			к.х.н. ШЛЕГЕЛЬ Владимир Николаевич	59-69	330-34-88 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	241(всп.)
Материально-ответственн.			ШЛЕГЕЛЬ Елена Петровна	59-63	330-72-30 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	241(всп.)
			АТОРИН Владимир Михайлович	55-29	333-15-46	148(всп.)
			БЕЛЫХ Николай Тимофеевич	59-86	333-15-46	150(всп.)
			БЕРЕЗНЯК Оксана Леонидовна	55-38	330-34-88	141(всп.)
			БОРОВЛЁВ Юрий Алексеевич	55-18 59-65 55-34	333-15-46 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	137(всп.) 125(I) 123(I)
			БРАГИН Роман Игоревич	55-18	333-15-46 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	137(всп.)
			БУРДУКОВА Марина Викторовна	57-72	333-15-46	149(всп.)
			к.х.н. ВАСИЛЬЕВ Ян Владимирович	59-66	330-34-88 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	241(всп.)
			ВЕЙТ Роберт Эмануэлович	59-86	333-15-46	150(всп.)
			ВОРОНИНА Галина Семёновна	53-53 59-74	333-15-46	140(всп.) 151(всп.)
			ГРИГОРЬЕВА Вероника Дмитриевна	59-98	Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	119(I)
			ДЕНИСОВА Татьяна Николаевна	55-81 53-23	330-34-88 330-66-46 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	228(II) 216(II)
			ЖДАНКОВ Василий Николаевич	53-79	330-34-88 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	240(всп.)
			ЖИРАКОВСКИЙВладимир Юрьевич	55-96		248а (всп.)
			ЗАЙКОВА Марина Евгеньевна	59-86	333-15-46	150(всп.)
			КАРНАКОВ Игорь Владимирович	59-69	Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	241(всп.)
		КАСИМКИН Павел Викторович		53-79	330-34-88 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	240(всп.)
		КИМСТАЧ Денис Викторович		59-86	333-15-46	150(всп.)
		КОВАЛЁВА Алла Николаевна		53-53	330-34-88 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	140(всп.)
		КОСТОМАРОВ Анатолий Николаевич		54-79	330-34-88	146(всп)
		КОЛЕСНИКОВ Алексей Юрьевич		55-29	333-15-46	148(всп)
		КУЗНЕЦОВ Геннадий Николаевич		57-72	330-34-88 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	149(всп.)
		КУРОЕДОВ Александр Васильевич		59-65	333-15-46	125(I)
		КУРУСЬ Алексей Федорович		57-79 55-34		122(I) 123(I)
		ЛОЗОВОЙ Сергей Алексеевич		55-18 59-65	333-15-46	125(I), 37(I)
		к.т.н. МАКАРОВ Евгений Павлович		55-81 55-34	330-34-88 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	228(II) 123(I)
		МАТАХИН Алексей Васильевич		55-96	333-15-46	248а(всп.) 250(всп.)
	МОСКОВСКИХ Виталий Анатольевич			55-34 59-66		123(I) 241(всп.)
	НАСОНОВ Сергей Георгиевич			55-18	333-15-46 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	137(всп.)
	к.х.н. НОВОСЁЛОВ Игорь Иванович			59-42 59-47	336-63-29 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	165(2Б) 147(2Б)
	к.х.н. НИКОЛАЕВ Руслан Евгеньевич			59-98	Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	119(I)
	ОСТРЕЦОВА Елена Олеговна			59-86	333-15-46	150(всп.)
	ПОСТУПАЕВА Анна Геннадьевна			57-85 55-38	330-34-88 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	241(всп.) 141(всп.)
	ПРОТАСОВ Эдуард Николаевич			54-78 59-86 55-29	333-15-46	142(всп.) 150(всп.) 148(всп.)
	ПУСТЯКОВА Галина Потаповна			55-14	333-15-46	138(всп.)
	РАМАЗАНОВА Татьяна Федоровна			59-98	330-34-88 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	119(I)
	РЫЛОВА Анна Викторовна			55-38	330-34-88	141(всп.)
	РЯБУХА Людмила Анатольевна				Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	241(всп.)
	САМЕЙЩЕВ Сергей Николаевич				330-34-88	7(III) 6(III)
	СКОВОРОДКИНА Марина Васильевна			55-38	330-34-88	141(всп.)
	СТЕГНИЕНКО Георгий Иванович			54-78 55-29	333-15-46	142(всп.) 148(всп.)
	СУСЛОВА Мария Степановна			55-62	Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	118(I)
	ТИМОШИНА Катерина Эрнестовна			59-86	333-15-46	150(всп.)
	ТИТОВ Виктор Петрович				Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	241(всп.)
	ТЕЛЕШЕВ Алексей Владимирович			59-86	333-15-46	150(всп.)
	ТКАЧЁВ Сергей Викторович			57-80 57-79	330-34-88	1М 122(I)
	ТЮРИКОВА Татьяна Владимировна			55-38	330-34-88	141(всп.)
	ФЕДОТОВА Яна Сергеевна			57-85	330-57-27 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	241(всп.)
	ЦЫГАНОВА Юлия Владимировна			59-63	330-72-30 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	241(всп.)
	ЧУБАРЕВ Александр Павлович			59-66	330-34-88 Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.	241(всп.)
	ШУЛЕНКОВА Татьяна Юрьевна			59-86	333-15-46	150(всп.)

Математики рассчитали, как вырастить кристаллы с заданными свойствами

Это крайне полезно в решении прикладных задач: в биологии, промышленности, материаловедении. К примеру, для выращивания синтетических драгоценных камней или преобразователей света для установки управляемого термоядерного синтеза; для формирования требуемых свойств высокопрочных сталей. Кроме того, модель можно использовать в биомедицинских приложениях: например, при синтезе инсулина, гемоглобина или белков.

Исследование поддержал Российский научный фонд («Кинетика фазовых переходов в метастабильных системах: нуклеация и рост кристаллов с приложениями к кристаллизации биохимических соединений»; 18-19-00008). Одни из последних результатов представлены в Physics Letters A.

«Формулы новые, они обобщают произвольные законы роста, произвольные частоты нуклеации, произвольное начальное распределение кристаллов в системе, — перечисляет руководитель гранта и лаборатории Дмитрий Александров. — Мы описали динамический процесс выращивания кристаллов в пересыщенных растворах. Нашли одну из главных характеристик процесса — функцию распределения частиц по размерам в зависимости от момента времени, что позволяет определить, сколько кристаллов конкретного размера существует в системе в каждый момент времени».

Рост кристаллов математики рассчитали для промежуточной стадии. Всего стадии три. Начальная — когда образуется большое количество жизнеспособных ядер небольших размеров, расположенных далеко друг от друга. Вторая — промежуточная стадия — это быстрый рост уже существующих частиц и зарождение новых; по сути, процесс роста кристалла. Заключительная стадия наступает, когда ядра достигают макроскопических размеров, и процесс зарождения новых частиц останавливается; иными словами, кристаллы практически не растут.

«В кристаллизаторах — установках по выращиванию кристаллов — как правило, процесс протекает на промежуточной стадии. Берут раствор, добавляют туда примесь, кристаллики растут, забирая на себя пересыщение. Их отводят и затем снова добавляют примесь и так далее. Примерно так же растут кристаллы в пещерах, — рассказывает Дмитрий Александров. — При выращивании кристаллов в лабораторных условиях важно, чтобы гранулы кристалла формировались определенного размера и с заданными свойствами. Рассчитать это можно с помощью нашей модели».

В планах математиков — обобщить теорию нуклеации и роста кристаллов в бинарных расплавах, когда усложняется математическая модель процесса (дополнительно учитывается массоперенос растворенного в расплаве примесного компонента). Кроме того, планируется сформулировать более сложную постановку задачи и разработать методы ее решения.

В группу исследователей входят сотрудники лаборатории многомасштабного математического моделирования и кафедры теоретической и математической физики ИЕНиМ УрФУ.

Многие выращенные кристаллы находят важное применение в военной области — Михаил КОВАЛЬЧУК

Научное или хотя бы школьное определение кристалла вспомнит не каждый. Но все знают: что-то твёрдое, упорядоченное. И потому когда в списке важнейших научных направлений Института кристаллографии имени А.В. Шубникова РАН /ИК РАН/ встречаешь слова: «Создание, изучение структуры и свойств органических и биоорганических материалов» – удивляешься. Что может быть общего у кристаллографии и биологии? Об этом и многом другом в день 70-летнего юбилея ИК РАН в эксклюзивном интервью ИТАР-ТАСС рассказал председатель Учёного совета ИК РАН, директор Курчатовского института, член-корреспондента Российской академии наук Михаил Ковальчук.

— Так что же такое кристалллография и чем она занимается?

— Простой ответ: кристаллография – наука о кристаллах.

Но это именно простой ответ, потому что кристаллография – не только наука о кристаллах. В некоем смысле она наука наук. Это – методология науки XXI века. Мы живём в мире, в котором царит узкоспециальное знание. Это понятно: у нас отраслевая экономика, и ей соответствуют узкоотраслевые наука и образование. Так сложилось исторически.

Наука в современном понимании этого слова родилась во времена Ньютона. Тогда она называлась натурфилософией. С углублением знаний о природе стала развиваться научная специализация: сперва на естественные – «натур» – и гуманитарные – «философия» – дисциплины, затем, по мере развития наших представлений о мире, совершенствования инструментальных методов — на более специальные направления. Ну и далее пошло все большее ветвление, и образовались тысячи научных дисциплин. Это видно даже по образовательной системе: когда я поступал в университет, там было 10 – 12 факультетов, а сейчас их – сорок!

И вот, с одной стороны, на базе этого специализированного знания мы построили колоссальную цивилизацию, плодами которой ныне пользуемся. Но с другой – мы зашли в некий глобальный тупик, когда специализация стала настолько узкой, что учёные, работающие за соседними столами, подчас не понимают работы друг друга.

— Кто-то остроумно заметил: «Мы знаем всё больше и больше о всё меньшем и меньшем – покуда, наконец, мы не будем знать всё ни о чём»…

— Уже не так. Потому что сейчас, когда так узко «нарезали» специализации, искусственно создали множество узких конкретных областей знания, вся логика развития науки подвела нас уже к некоему принципиально новому процессу – складывания, восстановления единой картины мира. Но уже на базе того самого специализированного, то есть глубинного знания. Мы прежде шли вглубь по пути специализации, — сегодня уже можем интегрировать единую картину мира на основе конвергенции, слияния разных областей науки.

Но при чём тут кристаллография, спросите? А при том, что она начиналась в качестве одной из дисциплин геологии. Понятно: геология занималась минералами, они были, в основном, кристаллическими, появилась нужда в соответствующем аппарате для описания и изучения свойств кристаллов. Однако потом, когда разобрались в основных, доступных, так сказать, глазу свойствах, ученым захотелось понять, из чего состоят кристаллы. И так кристаллография стала частью химии. А переворот в этой области наступил, когда в 1912 году была открыта дифракция рентгеновских лучей. Благодаря этому стала видна трёхмерная периодическая структура кристаллов. Для нас открылся «внутренний мир» окружающих нас веществ.

И тогда кристаллография стала существенной частью уже и физики. Возникла очень значимая область этой науки, которая называется рентгеновская кристаллография. Хочу отдельно обратить ваше внимание на то, что осознанное материаловедение, создание искусственных материалов, которое сегодня является основой нашей цивилизации, возникло именно благодаря рентгеновской кристаллографии.

А ещё спустя время, несколько десятилетий назад, кристаллография стала существенной частью… биологии. Точнее, она практически превратила молекулярную биологию в ту серьёзную науку, каковой она сегодня является. Мы стали изучать структуру биокристаллов, научились превращать биологические объекты в кристаллы – и так возникла новая область, названная белковой кристаллографией.

— Это не очень понятно: где кристаллы и где белки? Непосвящённых удивляет, что среди научных направлений Института кристаллографии значатся изучение нано- и биоорганических материалов. Ну, нано – это понятно, но био? Биокристаллы – разве они существуют?

— К этому мы ещё вернёмся, а сейчас я хотел бы подытожить вышесказанное: современная кристаллография является одновременно частью биологии, химии, физики, материаловедения, геологии. В этом смысле она исходно — междисциплинарна. Наш институт, таким образом -универсальное научное заведение, где работают физики, химики, биологи и другие специалисты. Потому я и говорю, что кристаллография – это методология конвергентной, синтетической науки XXI века.

— А ваш институт – инкубатор, где она вырастает?

— Вы правильно задаёте вопрос. На самом деле, это именно так.

Вообще, отталкиваясь от этой темы, хочу отметить, как сильно изменилась кристаллография. Вот мы сначала изучали минералы, их структуру и свойства. Потом начали моделировать в лабораториях условия, в которых образуются эти кристаллы в природе. Таким образом, стали создавать технологии выращивания кристаллов. И таких технологий у нас сегодня много, в том числе совершенно уникальных. Например, есть кристаллы, которые не видят солнечного света. Зато видят, скажем, коронный разряд вдоль линий электропередач, когда начинается какая-то аварийная ситуация. Глазом мы ещё ничего не видим, а в ультрафиолетовом свете там уже бушует пожар. Помните, была авария на подстанции в Чагино несколько лет назад? Так вот, за месяц до того над подстанцией летали вертолёты с нашими кристаллами, которые проходили проверку. И видели, что там уже бушует ультрафиолетовый пожар. Многие выращенные кристаллы находят важное применение в военной области. Например, можно увидеть за много километров запуск некоего объекта. А сколько применений находит себе искусственный кварц! Именно в нашем институте была разработана технология выращивания больших кристаллов пьезоэлектрического кварца. Эти работы были удостоены Ленинской премии. И сегодня, после того как у нас было построено несколько заводов, мы являемся крупнейшими в мире производителями пьезокварца – треть мирового объёма!

А затем мы перешли к диэлектрическим и лазерным кристаллам, к созданию технологий выращивания тугоплавких кристаллов. Например, сапфира, рубина, гранатов, которые находят огромное применение и в науке, и в производстве, и в быту.

Вот так и была создана уникальная индустрия.

— Да, но как же тогда объяснить этот вечный кризис с недостаточным качеством отечественной элементной базы? Тоже кристаллы, но никак не удавалось добиться их нужной чистоты. Вот и недавно президент страны привлёк к этому внимание…

— Это несколько разные вещи. Элементная база включает в себя не только те кристаллы, о которых я говорю. Речь идет о полупроводниковых кристаллах, составляющих основу твердотельной электроники. Там сложнейшее производство, состоящее из многих этапов. При том, что основа у нас очень хорошо развита, но в самом производстве действительно существовали проблемы. Однако это другая история. А, например, ещё в начале 1970-х годов наш Институт кристаллографии продал в Японию за миллион долларов – немыслимые тогда были деньги! – лицензию на производство кристаллов сапфира. Японцы купили нашу лицензию, установки, нашу методологию! И это была одна из лучших методик в мире.

Есть примеры и сегодняшнего дня. Вот знаменитый ЦЕРН. На глубине ста метров лежит 27-километровый ускоритель, в котором до огромных, околосветовых скоростей ускоряются пучки протонов и тяжёлых ионов, которые затем сталкиваются с выделением громадного количества энергии. И главное в этом кольце-ускорителе – четыре так называемых «промежутка встреч», где стоят детекторы, которые должны увидеть осколки – результаты этих столкновений. Из четырёх детекторов – два, высотой с десятиэтажный дом, состоят из сотен тысяч элементов, изготовленных из кристаллов вольфрамата свинца. Их свойства уникальны. Достаточно назвать хотя бы способность работать долгое время под огромной радиационной нагрузкой. Так вот, ни одна страна, кроме России, не смогла синтезировать такой кристалл и за короткое время произвести сотни тонн этих кристаллов, которые использовались для многих экспериментов и, в частности, при открытии бозона Хиггса! Кстати, ЦЕРН давал такое же задание и другим странам, но у тех не получилось. Их кристаллы не годились по целому ряду параметров.

— Какими достижениями институт может похвастаться сегодня?

— Если брать нынешний этап развития, то он характеризуется, прежде всего, переходом на кристаллы белков и вообще – к биоорганическим объектам и нанотехнологиям, а также к созданию диагностики адекватного уровня , в том числе благодаря синхротронному излучению и нейтронам.

Ныне это, говоря торжественно, — передовая линия науки. Нанобиотехнологии сегодня – это, без малейших преувеличений, одно из важнейших условий дальнейшего развития цивилизации. Достаточно напомнить, что вся электроника строится на технологиях, использующих тонкие слои, приближающиеся буквально к атомарной толщине. То есть это уже не кристалл – а его поверхность.

И вот наш институт , наряду с изучением биоорганических объектов, стал заниматься развитием методов изучения соответствующих структур и биоорганических объектов.

— При этом слове сразу же возникают образы биороботов, андроидов, совершенных биомашин… Что это такое на самом деле?

— Отвечу просто: каждый белок – биомашина! Каждый белок – биоробот. Белок является измерителем и генератором.

Очень упрощённо поясню. Например, белок измеряет какой-нибудь параметр – скажем, избыточную концентрацию перекиси водорода. Если все в норме – он «спокоен». Если выше нормы – он расщепляет ее на воду и атомарный кислород. Если ниже – он из воды и кислорода синтезирует вещество до необходимого уровня. Автоматическое устройство, не так ли? И так работает любой белок, и в этом смысле мы, расшифровывая структуру белка, изучаем работу настоящего функционального центра! Можно сказать, что мы изучаем деятельность природного биоробота.

Но когда вы берёте белок для проведения анализа его структуры, то также можете его превратить в кристалл.

— Как? Заморозить?

— Нет, можно его вырастить. Например, как обычный кремний, из которого выращивают монокристалл, а потом делают интегральную схему. Так и с белком: вы можете его при определённых условиях превратить в кристалл. Это, конечно, непросто. Например, в кремнии всего восемь атомов в ячейке, почти в любом проводнике. А в белке – десятки, сотни тысяч атомов.. Таким образом, биокристалл, конечно, намного сложнее.

— Для чего нужны биокристаллы? Зачем их делать?

— Потому что очень важно определить, как они устроены, их структуру. Это можно сделать в процессе дифракции рентгеновского излучения на кристалле белка. Вам надо превратить белок в кристалл, просветить его рентгеновскими лучами и получить на выходе картинку, как они рассеиваются на кристаллической решётке. Расшифровка полученной таким образом дифракционной картины даёт нам трёхмерную кристаллическую структуру белка и структуру его функционального центра. Это, в свою очередь, важно, в частности, для такой ключевой области как производство лекарств. И вот почему.

Из всего многообразия лекарств можно выделить, грубо, два типа. Первый тип предназначается для того, чтобы компенсировать недостаток выработки каким-либо органом необходимого организму вещества — например, секрета поджелудочной железы. По сути, вы делаете «заменитель» этого секрета. Второй тип – противоположный: он призван компенсировать излишек, например, адреналина. Полезное вещество, которое помогает быстрее реагировать в случае опасности, но при его избытке повышается давление, появляется гипертония.

Соответственно, перед вами стоят две задачи. Первая: узнать, как устроено вещество, которого мало, а затем синтезировать его аналог-заместитель. Вторая – опять же узнать, как устроен орган, продуцирующий вещество, структуру самого вещества, и выбрать блокатор – «ингибитор».

А для этого нужно изучить атомную структуру этого белка. Сначала выделить его, затем превратить в кристалл, потом отправить на просвечивание источником синхротронного излучения – «как на рентген», — собрать дифракционные данные, расшифровать их на компьютере и восстановить его атомную структуру. Вот, например, перед нами структура леггемоглобина – посмотрите, какая она сложная! А затем вы смотрите, как работает тот или иной атом – железа, например. И делаете соответствующие модели, которые затем используются, в частности, для создания лекарственных средств.

Так что это очень важный элемент кристаллографии — кристаллизация биоорганических или биологических объектов.

— Следующий этап – конструирование?

— Это, скорее, уже задача Курчатовского института. Там в этих целях создан уникальный центр конвергентных нано-, био-, информационных и когнитивных НБИК технологий. А Институт кристаллографии занимается материалом, мы – материаловедческий институт. Первоначально мы занимались геологическим материалом, потом искусственным, лазерным, полупроводниковым, параллельно и ювелирные были кристаллы – такие, как рубин, изумруды, а теперь перешли к органическим кристаллам, биологическим. То есть мы прежде разбирались с кристаллографией на регулярных кристаллах. Это было очень сложно, но мы разобрались. А теперь перешли к значительно более сложным – разупорядоченным и слабоупорядоченным кристаллам. Белковый кристалл уже не так чётко структурирован, как неорганические, он намного сложнее. И мы сегодня перешли к значительно более сложным объектам, чем привычные нам кристаллы. Последние и сегодня остаются важным элементом техники, но с точки зрения физики они более простые объекты, чем различные разупорядоченные биоорганические системы.

Вот смотрите. Самолёты. Раньше они делались из сплавов – алюминий, титан и прочее… А сегодня самолёт делается из композита – а это же углеродная ткань!

— Слыхал выражение: «Из глины делаем…»

— Да, по сути! Все эти материалы полностью обладают свойствами, присущими моно- или поликристаллическим веществам. Но для того, чтобы они стали таким, надо прежде изучить их структуру, состояние – разупорядоченное, аморфное.

И тут принципиально важная вещь: сегодня Институт кристаллографии обладает большим количеством уникальных методов, использует синхротронное и нейтронное излучение, электронную микроскопию, то есть методики, которые позволяют видеть уже отдельные атомы. Это уникальные методы метрологии в области нано-, биоматериалов.

И вот если говорить объективно о нынешнем положении Института кристаллографии, мы сегодня имеем совершенно новый институт! Устремлённый в будущее, с уникальными возможностями, прекрасными научными школами и громадным научным потенциалом.

— Кстати, о будущем. Что, если помечтать – во что могут вырасти нынешние разработки в каком-то обозримом будущем?

— Во-первых, это глубинное понимание структуры биологических объектов, как функционируют активные центры биомолекул. А это значит – ключ к пониманию сложных, тяжёлых болезней.

Второе –синтез новых лекарств на основе этого понимания, причём лекарств, которые действуют на уровне работы функционального центра каждого белка. То есть совсем новый класс лекарств с учётом достижений в области генетики, персональной медицины. Это важнейшее дело!

Третье, чем мы занимаемся сейчас, — это целевая доставка лекарств. Это так называемое нанокапсулирование , когда создаются специальные капсулы, в которые заключается лекарственный препарат и которые затем доставляют его в «больной» орган. И это — ключевое изменение медицины!

Ведь сегодня любой приём лекарств – это «ковровая бомбардировка». Если утрировать — у вас нарыв на пальце, а вы принимаете лекарство внутрь, отравляя весь организм. Последствия приема некоторых препаратов, в особенности это касается химиотерпии, иногда имеют крайне тяжелые побочные эффекты. А если можно доставить препарат непосредственно в орган, буквально в клетку, в которой развивается болезнь, — вот это уже…

— …революция в медицине.

— Абсолютно верно. И без кристаллографии она не свершится. И у нас есть подразделение, которое именно нанокапсулированием и занимается.

Это одна часть. Вторая часть связана с созданием принципиально новых технических приборов. Сегодня кристаллография сама себя дополняет, переводит на новый уровень, а с ней – и будущие технологии, без всякого преувеличения готовые перевернуть нынешнюю цивилизационную парадигму.

О чём идёт речь?

Венец творения – это человек. Мы изучаем его и по возможности воспроизводим какие-то функции в технических устройствах. Простые примеры: аудио – моделируем ухо, видео – воспроизводим возможности глаза и так далее.

Но что такое – глаз? Это биологический детектор: приёмник, который видит свет, передатчик сигнала в мозг, а тот уже выступает в роли, упрощённо говоря, интегральной схемы, которая преобразует сигнал в понятное изображение.

Можем ли мы его воспроизвести с помощью биотехнологий? Не сразу, но можем! Для этого опять-таки надо разобраться в том, как устроен живой объект. И сегодня мы благодаря синхротронному излучению, нейтронам, ядерно-магнитному резонансу, суперкомпьютеру детально понимаем устройство биологических субстанций. То есть, таким образом, получаем возможность двигаться в сторону бионики.

Сегодня именно благодаря кристаллографии мы можем соединить органику с неорганикой, то есть создать гибридный материал. А это уже – переход к иному технологическому укладу – бионического типа. Вы представляете последствия этого? Я, честно говоря, с трудом. Потому что глаза разбегаются!

Вот итог работы института за 70 лет. Были выдающиеся мечты, они воплотились в выдающиеся результаты. Сегодня у нас мечты не менее выдающиеся. Уверен, что и за соответствующими результатами дело не станет!

Беседовал Александр Цыганов

/ИТАР-ТАСС/

Определить массу нейтрино помогут выращенные в Новосибирске кристаллы

Институт неорганической химии СО РАН как мировой лидер производства монокристаллов начал сотрудничество с корейскими астрофизиками.

Кристаллы в природе почти всегда ─ завораживающие формой многогранники. Совсем иначе выглядят выращенные в лаборатории: гладкие цилиндры правильной формы. Молибдат лития позволит по-новому взглянуть на Вселенную.

Основу будущего монокристалла в виде порошка после очистки от посторонних примесей помещают в печь, где она растёт по миллиметру в час до нужного размера при температуре выше 700 градусов. Процесс длится около двух недель.

Выращенные в Новосибирске кристаллы ─ заказ корейских учёных. С их помощью астрофизики намерены выяснить массу нейтрино, которую ещё называют частица-призрак, при том, что стандартная модель требует, чтобы у нейтрино массы не было. Доказательство обратного позволит шагнуть за пределы привычной физики, расширит представления учёных об устройстве Вселенной.

«Исследовать нейтрино напрямую не представляется возможным. Это можно делать только косвенным способом, в данном случае ─ регистрацией двух типов двойного бета-распада и сравнения их энергий. Конкретно эти кристаллы представляют большой интерес из-за высокого содержания в них ядер молибдена и вольфрама», ─ пояснила младший научный сотрудник Института неорганической химии СО РАН Вероника Григорьева.

Установки, для которых предназначены кристаллы, расположены глубоко под землёй, чтобы исключить влияние космогенной радиации. Помимо поставок в Южную Корею, сибиряки работают и с европейскими научными организациями. Институт неорганической химии ─ один из мировых лидеров по производству кристаллов.

«Мы можем делать несколько десятков кристаллов в год, хотя нужны сотни. Масштабировать возможно. Есть все основания для этого», ─ комментирует ведущий научный сотрудник, заведующий лабораторией Института неорганической химии СО РАН Владимир Шлегель.

Если поиск массы нейтрино методом двойного бета-распада увенчается успехом, мировая наука сделает огромный шаг вперёд. И в этом, несомненно, будет заслуга и новосибирцев.

Видеосюжет

Олеся Герасименко

Выращены кристаллы для изучения упругого когерентного рассеяния нейтрино

Российские ученые вырастили новые монокристаллы на основе вольфрамата лития с молибденом, с помощью которых можно исследовать упругое когерентное рассеяние нейтрино на ядрах. Оно позволяет получить информацию о формировании Вселенной и эволюции звезд, а также о структуре ядра и может использоваться для мониторинга ядерных реакторов. Кристаллы обладают необходимыми для исследований свойствами — устойчивостью, высоким качеством — и не содержат примесей. Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда и опубликовано в журнале The Journal of Chemical Thermodynamics.

Современная физика в течение нескольких десятилетий пытается выяснить природу одной из самых парадоксальных субатомных частиц — нейтрино. Впервые оно было замечено в начале ХХ века, когда при наблюдении за реакцией бета-распада (в результате высвобождаются электрон или позитрон) ученые обнаружили, что количество энергии до протекания реакции и после не совпадает, то есть не соблюдается закон ее сохранения. Тогда швейцарский физик Вольфганг Паули предположил, что существуют некоторые неуловимые частицы, которые уносят с собой часть энергии. Экспериментально эта гипотеза подтвердилась только спустя 23 года. Изначально эти частицы хотели назвать нейтронами, так как они электрически нейтральны, но этот термин уже был занят. Частицы получили название «нейтрино» — с итальянского «нейтрончик». Дальнейшее изучение нейтрино современными учеными может помочь понять природу материи, подробнее изучить звездные взрывы и структуру Вселенной. Исследователи считают, что во Вселенной количество материи преобладает над количеством антиматерии и нейтрино поможет объяснить причину этого дисбаланса.

Идут ярые споры о том, в какую группу частиц входят нейтрино. Если считать, что они находятся в группе майорановских частиц, то есть являются античастицами самим себе, то у ученых появляется возможность наблюдать за редким видом бета-распада — двойным бета-распадом без нейтрино. В этом случае два нейтрона могут пройти бета-распад вместе, так что нейтрино, испускаемое одним нейтроном, немедленно поглощается другим нейтроном. Подобные бета-распады еще не наблюдались, поэтому современные ученые занимаются разработкой приборов для отслеживания таких явлений.

Для наблюдения за бета-распадами применяются болометры (приборы для измерения энергии излучения), изготовленные из высокочистых кристаллов, испускающих свет при поглощении излучения. Одним из перспективных материалов для создания болометров являются монокристаллы молибдатов первой и второй групп таблицы Менделеева, в частности молибдат лития (Li₂MoO₄). Кроме того, молибдаты и вольфраматы щелочных и щелочноземельных металлов используются для изучения упругого когерентного рассеяния нейтрино на ядрах, которое позволяет получить информацию о формировании Вселенной и эволюции звезд, а также о структуре ядра и может использоваться для мониторинга ядерных реакторов. Молибдаты-вольфраматы лития содержат тяжелые элементы (молибден и вольфрам), за счет чего увеличивается сечение (вероятность взаимодействия) процесса упругого когерентного рассеяния нейтрино. Ученые Института неорганической химии имени А. В. Николаева СО РАН (Новосибирск) разработали методику выращивания новых монокристаллов вольфрамата лития с небольшим замещением вольфрама молибденом и изучили их термодинамические свойства. Монокристаллы были выращены с использованием низкоградиентного метода Чохральского, при котором рост происходит при низких градиентах температур (меньше одного градуса).

На основе полученных физико-химических закономерностей авторы работы наметили направления, в которых нужно улучшить функциональные свойства кристаллов. К примеру, в ходе исследований были обнаружены связи между энергией решетки изучаемых монокристаллов и длиной люминесценции, что позволяет в дальнейшем предсказать направления изменения люминесцентных свойств и вырастить новые перспективные монокристаллы. Это можно сделать за счет добавления других элементов к вольфраматам-молибдатам лития.

«Используя эти монокристаллы, можно будет проводить эксперименты с килограммами монокристаллов, а не с тоннами. Как уже отмечалось, двойной безнейтринный бета-распад еще не наблюдался, и природа упругого когерентного рассеяния нейтрино атомными ядрами также недостаточно изучена. Поэтому перед материаловедами всего мира стоит задача создавать все больше и больше высокочистых материалов и детально изучать их функциональные свойства», — рассказывает Ната Мацкевич, доктор химических наук, руководитель проекта по гранту РНФ, ведущий научный сотрудник лаборатории термодинамики неорганических материалов Института неорганической химии имени А. В. Николаева.

Девять красивых кристаллов, которые можно вырастить дома

В кристалле атомы и молекулы расположены в последовательной повторяющейся структуре. Примеры природных кристаллов включают аметисты и алмазы. Кристаллы имеют 219 возможных симметрии, называемых кристаллографическими пространственными группами , и они сгруппированы в 7 кристаллических систем.

К ним относятся: Изометрические, где кристаллы образуют кубы или прямоугольные коробки, галит или соль, является примером, Тетрагональный, Орторомбический, Моноклинический, Триклинический, Тригональный и Гексагональный, где кристаллы образуют шестиугольники, например, обычный лед.

Семь кристаллических систем Источник: Марсия Вендорф

Вы можете выращивать кристаллы дома, используя продукты, которые у вас уже есть на полке, такие как сахар, соль, квасцы, бура и английская соль. Выращивание кристаллов — отличное занятие для детей, а из самодельных кристаллов получаются отличные рождественские подарки, красивые украшения для елки и, в одном случае, вкусное сладкое лакомство.

СМОТРИ ТАКЖЕ: КРИСТАЛЛЫ МОГУТ ВЫРАСТАВАТЬ ДО 3 ФУТОВ В ДЕНЬ ПРИ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ МАГМЕ, ПОДСКАЗЫВАЕТ ИССЛЕДОВАНИЕ

1.Кристаллы сахара

Кристаллы сахара Источник: How To Cook That / YouTube

Кристаллы сахара, также известные как леденцы, можно есть. На Amazon можно купить тростниковый сахар, а также натуральную нить. Чтобы приготовить их дома, вам понадобятся:

1 стакан воды
3 стакана сахара
Стеклянная банка или мерный стакан
Карандаш или нож для масла
Ватная или шерстяная нить или пряжа

В кастрюле вскипятите воду, затем добавляйте сахар по одной чайной ложке за раз.Продолжайте добавлять сахар, пока он не перестанет растворяться в воде и не начнет накапливаться на дне кастрюли. Это означает, что ваш сахарный раствор насыщен .

Если вам нужны цветные кристаллы, добавьте несколько капель пищевого красителя, который вы можете купить на Amazon, где вы также можете найти термобезопасные мерные чашки. Затем вылейте раствор в стеклянную банку, не выливая нерастворенный сахар.

Привяжите веревку к центру карандаша или ножа для масла, положите карандаш или нож на край банки и позвольте веревке болтаться в воде как можно ближе к дну, не касаясь ни дна, ни стенок банки. банка.

Накройте банку бумажным полотенцем и поместите в такое место, где ее никто не побеспокоит. Рост кристаллов должен начаться в течение дня, и вы можете позволить кристаллам расти, пока они не станут такими большими, как вы хотите, или пока они не перестанут расти. Потяните за нитку, дайте кристаллам высохнуть и наслаждайтесь сладким лакомством.

2. Кристаллы квасцов

Кристаллы квасцов Источник: DmiShin / Github

Квасцы — это специя, которую чаще всего добавляют в травильную жидкость, чтобы соленья оставались хрустящими. Квасцы можно найти в отделе специй в местном супермаркете, а леску можно купить на Amazon.Чтобы вырастить кристаллы квасцов в домашних условиях, вам понадобятся:

1/2 стакана горячей водопроводной воды
2-1 / 2 столовые ложки квасцы
Нейлоновая леска
Карандаш или нож для масла
Две стеклянные банки

Вы должны использовать нейлоновую леску, потому что кристаллы квасцов не прилипают к ней. Чтобы сделать кристаллы квасцов, налейте горячую воду из-под крана в одну из банок и добавляйте квасцы, пока они не перестанут растворяться. Оставьте банку в покое на ночь.

На следующий день слейте раствор квасцов из первой банки во вторую.Вы увидите, как начинают формироваться маленькие «затравочные» кристаллы квасцов. Обвяжите нейлоновую леску вокруг самого большого кристалла или кристалла лучшей формы, а другой конец обвяжите вокруг середины карандаша или ножа для масла. Позвольте леске болтаться в банке, убедившись, что затравочный кристалл полностью покрыт раствором.

Накройте банку бумажным полотенцем и оставьте ее в покое. Если проявить терпение, можно получить кристаллы квасцов поразительного размера.

3. Кристаллы буры

Кристаллы буры Источник: Interesting Engineering

Бура — это порошок, который обычно добавляют вместе с моющими средствами для стирки одежды, чтобы сделать одежду белее.Вы можете найти его в местном продуктовом магазине в проходе с моющими средствами или купить на Amazon. Вы также можете купить очистители труб на Amazon.

Для изготовления кристаллов буры вам потребуется:

Кипяток
Боракс
Очистители труб
Резьба
Карандаш или нож для масла
Стеклянная банка

Для выращивания кристаллов буры поверните несколько очистителей труб. в компактную форму, например спираль. Привяжите нить к каждому очистителю труб, затем привяжите другой конец нитки к середине карандаша или ножа для масла.

Налейте кипяток в банку, затем добавьте 3 к 4 столовые ложки буры на каждые 1 стакан воды. Продолжайте помешивать, пока вода не станет прозрачной и на дне банки не появится небольшая кучка буры.

Уравновесите карандаш или нож для масла по краю банки и позвольте очистителям трубок свисать близко к дну емкости, не касаясь ни дна, ни стенок емкости.

Накройте банку бумажным полотенцем и положите в такое место, где ее никто не побеспокоит.На следующий день снимите очистители труб и дайте им высохнуть на бумажном полотенце. Хотя кристаллы буры прозрачны, они будут казаться окрашенными из-за цвета просвечивающего очистителя труб.

4. Кристаллы соли

Кристаллы соли Источник: Mineral photos / Wikimedia Commons

Если вы посмотрите на крупинки поваренной соли под микроскопом, вы увидите, что каждый кристалл на самом деле представляет собой крошечный куб. Для выращивания соли (или кристаллов хлорида натрия, ) вам потребуется:

Поваренная соль (лучше всего не йодированная)
Кипяток (лучше всего дистиллированная вода)
Кастрюля
Стеклянная банка
Строка
Карандаш или нож для масла

В кастрюле размешайте соль в кипящей воде до тех пор, пока она не перестанет растворяться и излишки не появятся на дне кастрюли.Перелейте раствор в стеклянную банку, следя за тем, чтобы внутрь не попала нерастворенная соль.

Повесьте веревку на карандаш или нож для масла и позвольте ей болтаться в растворе, не касаясь ни дна, ни стенок банки. Накройте банку бумажным полотенцем и поставьте в прохладное место, где ее никто не побеспокоит. В течение дня вы должны увидеть образование красивых кристаллов соли.

5. Кристаллы английской соли

Кристаллы английской соли Источник: Джейк Попек / YouTube

Вы можете купить английскую соль на Amazon, в местном продуктовом магазине или аптеке.Чтобы вырастить кристаллы английской соли, вам понадобится только термостойкая чашка, например стеклянная мерная чашка.

Добавьте 1/2 стакана английской соли к 1/2 стакана очень горячей водопроводной воды и перемешивайте не менее в течение одной минуты . Это создает насыщенный раствор, в котором больше не может растворяться английская соль. Добавьте пару капель пищевого красителя, если хотите, чтобы кристаллы были окрашены.

Поместите мерный стакан в холодильник, чтобы раствор быстро охладился. Через несколько часов вы должны увидеть красивые кристаллы.Слейте оставшийся раствор и дайте кристаллам высохнуть.

6. Кристаллы сульфата меди

Кристаллы сульфата меди Источник: Crystal Titan / Wikimedia Commons

Порошок сульфата меди можно купить на Amazon. Чтобы сделать кристаллы сульфата меди, вам понадобятся:

Сульфат меди
Кастрюля
Стеклянная банка
Маленькая тарелка
Нож для масла

Не прикасайтесь ни к кристаллам, ни к раствору, поскольку сульфат меди может окрашивать как кожу, так и ткани.Рекомендуется использовать резиновые перчатки.

Размешайте сульфат меди в кипящей воде до тех пор, пока он не перестанет растворяться. Налейте небольшое количество раствора на небольшую тарелку, а остальное оставьте. Большая площадь поверхности пластины поможет раствору сульфата меди быстро испаряться, оставляя после себя небольшие затравочные кристаллы.

Выберите лучшие затравочные кристаллы и осторожно соскребите их с тарелки ножом для масла. Вылейте оставшийся раствор в банку и поместите в нее затравочные кристаллы, убедившись, что они не соприкасаются друг с другом.Поставьте банку в такое место, где ее никто не побеспокоит.

Как только вы будете удовлетворены размером кристаллов, вы можете соскрести их из банки с помощью ножа для масла. Готовые кристаллы сульфата меди необходимо хранить в герметичном контейнере, например, в полиэтиленовом пакете, потому что вода, содержащаяся в кристаллах, испарится, и кристалл станет зеленовато-серым.

7. Кристаллы серы

Кристаллы серы Источник: Эрик Хант / Wikimedia Commons

Порошок серы можно купить на Amazon.Для изготовления кристаллов серы используется процесс, отличный от того, что мы видели выше, который называется термоклеем . Поскольку сера может загореться, взрослым рекомендуется присматривать за производством кристаллов серы. Все, что вам понадобится, это:

Растопите серу в кастрюле, стараясь не дать ей загореться. Как только он полностью растает, снимите сковороду с огня, и сера будет кристаллизоваться по мере охлаждения.

8. Кристаллы висмута

Кристаллы висмута Источник: MarcelC / iStock

Вы можете купить блоки висмута на Amazon.Это простые серые блоки, но когда их расплавляют, а затем дают остыть, висмут превращается в красивый ступенчатый кристалл с переливающимися цветами. Цвета создаются интерференцией света внутри оксидной пленки, которая образуется на поверхности кристаллов по мере их охлаждения.

Что вам понадобится для изготовления кристаллов висмута:

висмут
2 кастрюли из нержавеющей стали
вилка

После того, как вы используете эти кастрюли для нагрева висмута, вы никогда не должны использовать их снова в пищу. препарат, потому что висмут является тяжелым металлом и может быть токсичным.Также рекомендуется использовать резиновые перчатки для защиты от брызг.

Поместите висмут в одну из кастрюль и нагрейте его на сильном огне, пока висмут не расплавится. Сверху появится серая пленка, содержащая примеси, препятствующие образованию кристаллов. Вилкой сдвиньте кожицу к краю сковороды, одновременно выливая висмут во вторую предварительно разогретую кастрюлю.

Медленно охладите вторую кастрюлю, потому что чем медленнее охлаждение, тем больше будут кристаллы.Когда кристаллы начнут формироваться примерно через 30 секунд , слейте с них оставшийся жидкий висмут. После полного охлаждения вы можете вытащить кристаллы из металлического контейнера. Из кристаллов висмута можно делать красивые украшения.

9. Свинцовые кристаллы

Свинцовые кристаллы Источник: TheBackyardScientist / YouTube

Вы, наверное, слышали термин «свинцовый кристалл», который относится к стеклу, содержащему большое количество свинца. Он отличается от кристаллов, образованных из свинца.Свинцовые кристаллы также называют «Древом Сатурна», потому что Сатурн был алхимическим названием свинца.

Для выращивания кристаллов свинца вам понадобятся следующие предметы. Вы можете купить раствор ацетата свинца, цинковые полоски и латунные гайки на Amazon.

Раствор ацетата свинца
Цинковая полоса
Латунная гайка

Для выращивания кристаллов свинца растворите 0,35 унции (10 граммов) ацетата свинца в 3,38 жидких унциях (100 мл) воды. Добавьте в раствор цинковую полоску и / или латунную гайку, потому что латунь содержит цинк.Черные кристаллы начнут образовываться в так называемой реакции однократного вытеснения , во время которой ацетат свинца реагирует с цинком с образованием ацетата цинка и кристаллов элементарного свинца.

Кристаллы образуют перевернутую древовидную структуру, отсюда и название «Древо Сатурна». При извлечении из раствора кристаллы свинца быстро окисляются, и на их поверхности образуется серый или белый налет оксида свинца.

Независимо от того, какие кристаллы вы делаете, выращивание кристаллов в домашних условиях запомнится вашим детям на всю жизнь.

Interesting Engineering является участником партнерской программы Amazon Services LLC и различных других партнерских программ, поэтому в этой статье могут быть партнерские ссылки на продукты. Нажимая ссылки и делая покупки на партнерских сайтах, вы не только получаете необходимые материалы, но и поддерживаете наш сайт.

Растущие качественные кристаллы — Химический факультет Массачусетского технологического института

Согласно старому правилу Garbage In = Garbage Out , кристаллическая структура настолько хороша, насколько хорош кристалл, используемый для сбора данных.Поэтому стоит потратить время на улучшение качества ваших кристаллов. Несмотря на то, что выращивание кристаллов — это больше искусство, чем наука, и удача является важным фактором, есть кое-что, что нужно делать, а кое-чего не делать. В следующих абзацах упоминаются некоторые из наиболее важных. Сначала немного теоретических основ о кристаллизации.

Насыщенность и перенасыщенность

Теоретически кристаллизация должна начинаться, когда концентрация соединения в растворителе выше, чем произведение растворимости этого соединения.Однако обычно кристаллизация кинетически затруднена, и кристаллы растут только из перенасыщенных растворов. Есть несколько способов достичь этого метастабильного состояния перенасыщения.

Самый простой — это увеличить концентрацию путем испарения растворителя до тех пор, пока не начнется кристаллизация. Этого можно добиться, не закрывая крышку пробирки или колбы очень плотно, а просто подождав. Многие кристаллы получают из трубок ЯМР. Пробирки для ЯМР обычно закрываются этой маленькой цветной заглушкой в форме бейсболки, которая не слишком тугая.Если его забыть в холодильнике или на лабораторном столе на несколько месяцев, растворитель медленно испаряется из трубки ЯМР, раствор сначала зашивается, затем становится перенасыщенным, и кристаллы растут.

Другой способ получения перенасыщенного раствора — использовать тот факт, что многие соединения лучше растворяются в горячих растворителях, чем в холодных. Горячий раствор, который почти насыщен, может давать кристаллы при комнатной температуре или, при необходимости, ниже. Однако кисты, которые растут при более высокой температуре, часто сдваиваются или демонстрируют статическое расстройство.

Другой способ перенасыщения, часто лучший способ выращивания качественных кристаллов, — это использование бинарных систем растворителей. Вам нужны две жидкости, которые хорошо смешиваются, и ваше соединение должно быть растворимо только в одной из них. Жидкость, в которой растворяется ваше соединение, называется растворителем, другая жидкость — осадителем. Поскольку ваше соединение менее растворимо в смеси двух жидкостей, вы можете выращивать кристаллы, медленно смешивая (не слишком) концентрированный раствор вашего соединения с осадителем.Это может происходить как диффузия жидкость-жидкость, диффузия в газовой фазе или через мембрану (диализ).

Зарождение ядра

Кристаллизации предшествует зародышеобразование, которое происходит либо спонтанно, либо вызвано вибрацией или частицами. Если зародышеобразование начнется слишком быстро, вырастет слишком много слишком мелких кристаллов. На рисунке ниже показана диаграмма равновесия кристаллизации из раствора. Для дифрактонного эксперимента вам понадобится не более одного хорошего монокристалла. Лучший способ вырастить несколько хороших кристаллов, в отличие от большого количества плохих, — это медленно изменять концентрацию в области зародышеобразования, не углубляясь в нее.Образование зародышей (не слишком много) и начальная кристаллизация снизят концентрацию и вернут раствор в область перенасыщения. Здесь растут существующие кристаллы, но не образуются новые зародыши. Вы хотите, чтобы ваша система оставалась там. Это означает, что все изменения в вашей системе должны быть медленными.

Размер Вопросы

Кристаллы дифракционного качества должны быть относительно большими. Может быть, не совсем в масштабе обручального кольца, но от 0,1 до 0,3 мм в каждом измерении — хорошее число.Чтобы вырастить крупные кристаллы, важно избегать множества центров зародышеобразования (см. Выше). Кристаллы, которые растут медленнее, имеют тенденцию быть больше. Для кристаллов, которые были выращены путем медленного охлаждения растворителя: обычно это улучшает качество и размер кристаллов, если раствор медленно нагревают до тех пор, пока почти все кристаллы снова не растворятся, а затем очень медленно охлаждают во второй раз. Это может уменьшить количество получаемых кристаллов и обычно улучшает качество и размер.

Я зря потратил время, теперь время тратит меня зря

Хороший кристалл растет медленно.Хорошие временные рамки для эксперимента по кристаллизации составляют от двух до семи дней. Кристаллы, которые растут в течение нескольких минут, обычно не дифрагируют так хорошо, как могли бы.

Методы кристаллизации

Медленное испарение

Как упоминалось выше, это простейший метод выращивания кристаллов. Приготовьте почти насыщенный раствор вашего соединения в подходящем растворителе, переложите по крайней мере пару миллилитров в чистый контейнер, в идеале с большой поверхностью, и накройте.Однако не накрывайте его слишком плотно (алюминиевая фольга с несколькими перфорациями, похоже, подойдет очень хорошо), так как вы хотите, чтобы растворитель испарился в течение следующих дней. Отложите контейнер в сторону и как можно меньше мешайте эксперименту (помните: вибрация может вызвать зародышеобразование).

Преимущества: Easy.
Недостатки: Требуется много материала, начинается с (почти) насыщенного раствора, что может привести к слишком сильному зародышеобразованию, что не очень хорошо для чувствительных к воздуху соединений.

Медленное охлаждение

Приготовьте почти насыщенный раствор вашего соединения с температурой кипения выбранного вами растворителя или близкой к ней. Перелейте раствор в чистую емкость и накройте. Поместите емкость в тепловую баню примерно такой же температуры и дайте медленно остыть. Дьюар с горячей водой часто помогает. Разновидностью этого метода является приготовление насыщенного раствора комнатной температуры и установка емкости в холодное место.Например. THF остается жидким при -80 ° C, что позволяет выращивать кристаллы в бане с сухим льдом и ацетоном (или в морозильной камере -80 ° C).

Преимущества: Легко, лучше всего работает с только умеренно растворимыми веществами.
Недостатки: Требуется много материала, начинается с насыщенного раствора (слишком много мелких кристаллов), обычно происходит при высокой температуре, что может привести к образованию неупорядоченных или двойниковых кристаллов.

Диффузия пара

Для этого метода вам понадобится бинарная система растворителей.Выберите две жидкости, которые хорошо смешиваются. Ваше соединение должно быть относительно хорошо растворимым в жидкости с более высокой температурой кипения — мы называем эту жидкость растворителем — и настолько хорошо, насколько нерастворимо в жидкости с более низкой температурой кипения, которую мы называем осадителем . Приготовьте раствор вашего компунда в небольшом открытом контейнере. Поместите эту емкость в емкость большего размера, содержащую осадок, и хорошо закройте внешнюю емкость. Со временем более летучий осадитель будет диффундировать по газовой фазе в растворитель, что приведет к перенасыщению, зародышеобразованию и, если все пойдет хорошо, к окончательной кристаллизации.Вы можете регулировать скорость диффузии, изменяя температуру.

Преимущества: Хорошо работает с небольшими количествами, обычно дает хорошие кристаллы, параметры легко контролировать.
Недостатки: Не все так просто, найти два подходящих растворителя может быть сложно.

Диффузия жидкость-жидкость

Как и в случае метода диффузии паров, вам потребуется бинарная система растворителей. В этом случае точки кипения не имеют большого значения, но удельные плотности двух жидкостей должны быть разными.Приготовьте концентрированный раствор вашего компаунда в растворителе и приготовьте осадитель. Перенесите небольшой объем жидкости, имеющей более высокую удельную плотность, в узкую емкость и аккуратно залейте его другой жидкостью. Лучше всего это работает со шприцем и иглой для подкожных инъекций. Со временем два растворителя смешаются, и, если вам повезет, образуются кристаллы. Один из вариантов этого метода — заморозить нижний слой перед добавлением второй жидкости. Это значительно упрощает получение четкого разделения между двумя слоями.

Преимущества: Хорошо работает с небольшими количествами, параметры легко контролировать.
Недостатки: Немного сложно подобрать два подходящих растворителя.

Сублимация

Сублимация не должна быть предпочтительным методом выращивания кристаллов дифракционного качества. Сублимация обычно происходит при относительно высоких температурах, а это означает, что при образовании кристаллов в системе требуется много энергии. При высокой температуре различия между двумя одинаковыми ориентациями молекул могут стать незначительными, что приводит к двойниковому или статически неупорядоченному кристаллу.Кроме того, кристаллы обычно растут слишком быстро, когда их получают сублимацией, что также может способствовать сплетению или беспорядку.

Конвекция

Конвекция, хотя и несколько экзотическая, может быть хорошим методом выращивания кристаллов высокого качества. Создание температурного градиента в сосуде для кристаллизации путем охлаждения или нагрева его части приводит к медленному и устойчивому потоку в жидкой фазе. Идея состоит в том, что больше вещества растворяется в более горячей части емкости, перемещается в более холодную область, где начинает кристаллизоваться.Кристаллы движутся с потоком, попадая в зону гудка, где полностью или частично растворяются. Те, которые растворяются лишь частично, вырастут в своем следующем путешествии из теплого в холодное и обратно в теплое. Несколько сотен кругов могут сделать кристалл очень хорошего дифракционного качества. Скорость в сосуде пропорциональна градиенту тепла, который не должен быть слишком большим, поскольку слишком быстрая конвекция не оставляет достаточно времени для зародышеобразования.

Имитация конструкции Дэвида Уоткина (Watkin, D.J., J. Appl. Cryst. (1972), 5, 250), Чак Барнс пришел к следующей идее: «Отрежьте кончик пипетки Пастера примерно на один см выше начала сужающейся части, а затем запечатайте маленький конец термосваркой, вы получите хороший дешевый термальный градиентный флакон. Поместите суспензию вашего материала в относительно слабый растворитель во флакон и центрифуги, чтобы набить нерастворенный материал в наконечник. После центрифугирования в наконечнике находится твердый осадок (~ 5 мм), покрытый чистым «плохим» растворителем. Закройте флакон тефлоновой лентой и парафильмом.Я делаю нагреватель из керамических резисторов цилиндрической формы, которые обычно можно купить в магазине электроники. Я нашел несколько зеленых на 100 Ом, они хорошего размера. Поместите только кончик флакона с твердой гранулой в нагреватель так, чтобы флакон находился под углом ~ 45 градусов от вертикали. Подайте напряжение, чтобы получить на резисторе около 50 ° C, и у вас будет хороший температурный градиент в пробирке. Если повезет, вы получите кристаллы, растущие во флаконе. Кажется важным убедиться, что у вас есть хороший температурный градиент во флаконе.Если повезет, вы получите кристаллы, растущие во флаконе. Кажется важным убедиться, что весь аморфный материал упакован … нет порошка там, где вы хотите, чтобы кристаллы росли ». Чак добавляет об этом методе: «Временами он давал мне превосходные кристаллы, а иногда давал превосходные кристаллы (меньший разброс мозаики), даже когда кристаллы были получены в результате испарения».

Как обращаться с кристаллами, когда они у вас есть

Прежде всего: НИКОГДА не удаляйте растворитель ! Часто молекулы растворителя совместно кристаллизуются с вашим соединением, что делает их неотъемлемой частью кристаллической решетки.При удалении маточного раствора из кристаллов кристаллы подвергаются воздействию воздуха (или любого другого газа, который есть в перчаточном ящике), а молекулы летучих растворителей медленно испаряются из кристаллической решетки, оставляя пустые отверстия. Очень маленькие отверстия снижают максимальное разрешение, на которое дифрактирует кристалл, большие отверстия разрушают кристалл.

Не стоит слишком часто менять условия окружающей среды для ваших кристаллов. По возможности оставьте их в покое.

Amazon.com: 4M 5557 Набор для научных исследований по выращиванию кристаллов — 7 экспериментов в области науки о кристаллах с витринами

5.0 из 5 звезд Этот набор УДИВИТЕЛЬНЫЙ! Я очень рекомендую это
By TuCool, 24 февраля, 2016

Этот набор УДИВИТЕЛЬНЫЙ! Очень рекомендую! Я купил его, чтобы выращивать кристаллы в офисе, в качестве забавного эксперимента, чтобы развлечь меня в разгар сезона, и он не разочаровал.Обязательно внимательно следуйте инструкциям. Я допустил фатальную ошибку с первой попытки и не ждал полных 30 минут, прежде чем добавил кристалл-затравку, и в итоге ничего не выросло. В последующих попытках я выполнил инструкции до Т и смог вырастить прекрасные кристаллы. Я даже заказал второй набор, потому что результаты были поразительными.

Шаги достаточно просты, и я с легкостью смог вырастить их в своем офисе. Все, что вам нужно, это кипяток, остальное есть в комплекте.Первый шаг — растворить кристаллическую смесь (она выглядит почти как сахар) в горячей воде. Затем вы должны оставить его на 15 минут, а затем переложить в прозрачный пластиковый контейнер, где кристалл будет расти. ПОДОЖДИТЕ ЕЩЕ 30 МИНУТ после того, как вода будет перелита. Этот шаг очень важен, иначе кристаллы не будут расти.

После того, как вы подождали отведенное время, вы бросаете кристаллы. Они содержат синие, красные и белые кристаллы, поэтому вы можете смешивать и сочетать их для создания кристаллов разного цвета.Кажется, что каждый тип кристалла-затравки выращивает кристалл разной формы. Я заметил, что из красных кристаллов вырастет больше кристаллов, похожих на блоки, тогда как из синих кристаллов будут появляться более острые / заостренные кристаллы, которые распускаются. Синий и красный создадут кристалл, который будет выглядеть как комбинация этих двух цветов — он расцветает, но больше похож на блоки. Помните об этом, когда будете выбирать цвета, которые вы делаете.

Вы заметите рост в мгновение ока. Удивительно наблюдать за прогрессом. В инструкции сказано, что до полного роста кристаллов требуется 4-7 дней.Я буду следить за ними и слить воду, когда кристалл вот-вот выйдет из воды. Если вы оставите его слишком долго, кристалл подвергнется воздействию воздуха, он будет образовывать «снежные» наросты на вершине (которые я считаю некрасивыми). На скорость роста будет влиять температура в комнате, а также размер выращиваемого кристалла. Кристаллы хорошо растут при более высоких температурах. Маленькие кристаллы будут расти быстрее, чем большие.

Из каждого мешка с кристаллической смесью можно сделать 1 большой, 2 средних или 4 маленьких.Набор позволяет вырастить 1 большой кристалл, 2 средних кристалла и 4 маленьких кристалла одновременно, потому что это количество контейнеров, которые они предоставляют. Если вы хотите вырастить 3 больших контейнера, вы можете выращивать их по одному, потому что они предоставляют только один большой контейнер. Я считаю, что большие кристаллы самые крутые. В целом это потрясающий комплект. Все в офисе завидуют, и теперь они тоже хотят выращивать свои собственные кристаллы. 5 звезд!!! Я хочу сделать ВСЕ кристаллы!

Растущие кристаллы в стакане

20 марта 2020

Время действия : 60 минут
Рекомендуемые оценки: Все классы, но под присмотром родителей (или с разрешения родителей для подростков)
Цели: В этом эксперименте вы сможете наблюдать, как кристаллы формируются и растут , а затем получайте удовольствие, поедая свои кристаллы.

4 стакана или баночки размером с желейную банку
8 тонких деревянных шпажек или палочек
8 прищепок
2 стакана воды
4 1/2 — 5 стаканов сахарного песка
Пищевой краситель (необязательно, но весело )
Кастрюля для кипячения воды в

1. Убедитесь, что горлышко банки или стакана, которое вы используете, позволяет прищепке прилегать к отверстию, не падая внутрь.

2. Вставьте деревянную шпажку в прищепку.

3. Закрепите шпажку так, чтобы она свисала внутри стекла.

4. Убедитесь, что шпажки не касаются стенок банки ИЛИ друг друга.

5. Также убедитесь, что вертел останавливается на расстоянии примерно 1 дюйма от дна банки.

6. Вам понадобится по две прищепки с шампурами в каждой установленной вами банке.

7. Выньте пока прищепки и шпажки и положите их на стол.

8. Налейте воду в кастрюлю и вскипятите ее на плите.

9. Влейте чашку сахара в кипящую воду и перемешивайте, пока он не растворится.

10. Добавляйте по ½ стакана сахара за раз, дожидаясь полного растворения каждого сахара, прежде чем добавлять следующий.

11. После того, как вы растворили 4 стакана сахара в кипящей воде, добавляйте по 1 столовой ложке за раз, пока сахар не перестанет растворяться в кипящей воде. (Вы узнаете, когда это произойдет, потому что сахар останется твердым в кипящей воде.)

12. Снимите кастрюлю с огня и дайте ей остыть не менее 20 минут.

13. Пока кастрюля остывает, окуните конец вертела, НЕ прикрепленный к прищепкам, в охлаждающий сахарный раствор.

14. Оберните этот конец, который вы только что окунули в горшок, в сахарном песке, чтобы на вертеле образовались кристаллы.

15. Переверните вертел так, чтобы прищепки были внизу, и дайте им остыть.

16. Теперь добавьте сахарный раствор в установленные вами банки.

17. Добавьте пищевой краситель в столько банок, сколько вы установили с сахарным раствором.

18. Добавьте раствор на расстояние до дюйма от верха банки и тщательно перемешайте пищевой краситель.

19. Осторожно поместите две шпажки в банки, следя за тем, чтобы шпажки не касались друг друга или боковых сторон и дна банки.

20. Поставьте банки в место, где они не будут мешать и где они смогут расти в течение следующих 7 дней.

21. Наблюдайте каждый день, как кристаллы образуются внутри и над открытым горлышком банки. Вы сможете легко сломать эти кристаллы, чтобы достать шпажки из банки, а также когда захотите удалить кристаллы изнутри банки.

22. Через 7 дней повесьте шпажки в пустую банку или стакан, чтобы они затвердевали.

23. Если у вас есть увеличительное стекло, внимательно посмотрите на структуру ваших кристаллов.

24. Наслаждайтесь!

Кристаллы являются пересыщенным раствором. Это означает, что вы добавляете в раствор больше сахара, чем воды. Нагревание воды позволяет молекулам воды объединяться с БОЛЕЕ молекулами сахара, чем когда вода холодная. Когда вода испаряется в течение семи дней, молекулы сахара выстраиваются в геометрически постоянный образец — кристалл.К тому же (бонус!) Эти кристаллы вкусные!

Ключевые термины

Раствор — жидкая смесь, в которой второстепенный компонент (растворенное вещество) равномерно распределен внутри основного компонента (растворителя)
Перенасыщенный раствор — раствор, содержащий больше растворенный материал, который может быть растворен растворителем при нормальных обстоятельствах.
Кристалл — кусок твердого вещества, имеющий естественную геометрически правильную форму с симметрично расположенными плоскостями.

Выращивание кристаллов, факультет химии, Университет Отаго, Новая Зеландия

Квасцы, или сульфат алюминия, калия, представляет собой химическое соединение с формулой KAl (SO ₄). 12H ₂ O. Он известен на протяжении тысячелетий и используется по-разному — в таксидермии в качестве дезодоранта. , в маринаде продуктов питания, в огнетушителях. Вероятно, наиболее важное его применение — очистка питьевой воды.

Он образует красивые правильные октаэдрические кристаллы, подобные показанному здесь.Обычно кристаллы квасцов бесцветны, но если «нормальные» квасцы (KAl (SO4) .12h3O) смешать с «хромовыми квасцами» (KCr (SO4) .12h3O), то кристаллы будут иметь пурпурный цвет. Образцы, которые вам будут отправлены, если вы примете участие в конкурсе, позволят вам вырастить эти фиолетовые кристаллы.

Чтобы вырастить большие монокристаллы квасцов, вам сначала нужно вырастить так называемый затравочный кристалл . Это должен быть монокристалл, но совсем маленький. (Обычно для квасцов лучше кристаллизоваться в виде множества мелких кристаллов, чем в виде одного большого).Затем подходящий затравочный кристалл суспендируют в перенасыщенном растворе квасцов . Перенасыщенный раствор — это раствор, в котором растворено больше квасцов, чем обычно возможно. Такой раствор хочет избавиться от лишнего растворенного твердого вещества — если вы будете осторожны, он сделает это, добавив твердые квасцы в ваш затравочный кристалл, увеличив его размер.

Шаг 1:

Сделайте перенасыщенный раствор квасцов. Сделайте это, добавив квасцы в горячую воду, пока они не перестанут растворяться.

Точное количество квасцов будет варьироваться в зависимости от температуры воды, но оно будет примерно 15 г / 25 мл.

Шаг 2:

Налейте немного раствора в неглубокую посуду для выпаривания и оставьте в прохладном, темном, спокойном шкафу на ночь. Когда раствор охлаждается и начинает испаряться, в чаше для выпаривания образуются небольшие затравочные кристаллы.

Шаг 3:

Выберите затравочный кристалл. Найдите самый красивый, посмотрев на них в увеличительное стекло — это должен быть монокристалл (а не два или более слипшихся) и прозрачный, с острыми краями и углами.Осторожно извлеките затравочный кристалл с помощью пинцета (старайтесь не касаться кристалла пальцами) и привяжите его к длине тонкой нейлоновой лески, завязав узел вокруг затравочного кристалла. Затем обвяжите другой конец лески вокруг карандаша или другого предмета.

Шаг 4:

Сделайте еще один перенасыщенный раствор квасцов в чистом стакане или сосуде . Подвесьте затравку в насыщенном растворе. Убедитесь, что она не касается стенок или дна емкости.Накройте алюминиевой фольгой или фильтровальной бумагой и оставьте в безопасном месте. Очень важно минимизировать количество перемещений кристалла. Также важно, чтобы температура оставалась как можно более постоянной — вы можете поместить стакан в холодный контейнер или что-то подобное, чтобы помочь с этим. Если раствор нагревается (из-за того, что обогреватели в вашем классе неожиданно включаются), ваш кристалл может снова раствориться!

Шаг 5:

Проверяйте кристалл каждый день. Должен быть видимый рост кристалла.Если кристалл перестает расти или уменьшается в размерах, раствор больше не насыщается, поэтому необходимо будет изготовить новый. Для этого сначала осторожно удалите кристалл, затем нагрейте раствор и растворите в нем еще немного квасцов. Затем, когда он снова остынет до комнатной температуры, верните кристалл в раствор. Возможно, вам придется делать это более одного раза, пока у вас не закончатся квасцы (помните, что вы можете использовать только один пакет (100 г) на кристалл).

Шаг 6:

Когда кристалл станет настолько большим, насколько это возможно, осторожно удалите его и дайте ему высохнуть на бумажном полотенце.Если вы хотите отправить его на оценку, вам нужно будет подумать о способе, которым можно будет отправить его без поломки. Стеклянный контейнер для образцов был включен в ваш пакет с квасцами, поэтому вы можете использовать его, если кристалл вам подходит (вам нужно будет подумать, как остановить его дребезжание). Если он слишком большой для этого, вы могли бы отправить его в яйце «Киндер-Сюрприз»?

Посмотрите видео о выращивании кристаллов.

УДАЧИ !!

Встраивание гелевой сетки в монокристаллы, выращенные методом декомплексирования

Кристаллизация в гелевых средах иногда приводит к образованию монокристаллов с включенными внутрь гелевыми сетками, что расширяет гелевый метод с долгой историей кристаллизации на платформу для создания внутренних композитных структур кристалла.Ограниченное количество кристаллов, включенных в гель, вдохновило на исследование того, как вообще происходит включение геля. Кристаллизация в гелях путем разложения комплексов широко использовалась для выращивания кристаллов с чрезвычайно низкой растворимостью в воде, в то время как не изучалось, включены ли гелевые сетки внутрь этих кристаллов. В этой работе кристаллы AgCl, AgI и CuCl были выращены как в агарозных гелях, так и в силикагелях путем разложения комплексов. Кристаллографические структуры кристаллов идентифицировали методом порошковой дифракции и / или одиночной рентгеновской дифракции.Внутренние гибридные структуры были изучены путем исследования материалов остатков после осторожного травления и полного растворения кристаллов. При выращивании из агарозных гелей, содержащих самособирающиеся волокнистые структуры, гелевые сетки были включены в монокристаллы всех трех соединений. В отличие от этого, гелевые сетки были оттеснены, когда кристаллы были выращены в силикагелях. Несоответствие между кристаллами, выращенными из агарозных гелей, и кристаллами из силикагелей, согласуется с влиянием прочности геля на включение геля.Эта работа может помочь собрать кристаллы, включенные в гель.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуйте снова?
Огранка кристаллов Si и Ge, выращенных на подложках Si с глубокой структурой в кинетическом режиме: моделирование фазового поля и эксперименты
1.
Su, Y. et al. Фотоэлектрохимия одинарных нанопроволок. Nat. Nanotechnol. 11 , 609–612 (2016).
ADS CAS PubMed Статья Google ученый
2.
Zhang, Z. et al. Робастный эпитаксиальный рост двумерных гетероструктур, многогетероструктур и сверхрешеток. Наука 357 , 788–792 (2017).
CAS PubMed Статья Google ученый
3.
Чен П., Чжан З., Дуань X. и Дуань X. Химический синтез двумерных атомных кристаллов, гетероструктур и сверхрешеток. Chem. Soc. Ред. 47 , 3129–3151 (2018).
CAS PubMed Статья Google ученый
4.
Zhao, B. et al. Сверхрешетки высокого порядка путем свертывания ван-дер-ваальсовых гетероструктур. Nature 591 , 385–390 (2021).
ADS CAS PubMed Статья Google ученый
5.
Лай, Э., Ким, В. и Янг, П. Вертикальные светоизлучающие диоды на основе нанопроволок. Nano Res. 1 , 123–128 (2008).
CAS Статья Google ученый
6.
Hwang, Y.J., Boukai, A. & Yang, P. Высокая плотность n-Si / n-TiO ₂ массивов нанопроволок ядро / оболочка с повышенной фотоактивностью. Nano Lett. 9 , 410–415 (2009).
ADS CAS PubMed Статья Google ученый
7.
Накамура Ю., Мураяма А., Ватанабе Р., Иода Т. и Итикава М. Самоорганизованное формирование и самовосстановление двумерной нанометрии квантовых точек Ge, эпитаксиально выращенных на ультратонком SiO ₂ Si подложек с покрытием. Нанотехнологии 21 , 095305 (2010).
ADS PubMed Статья CAS Google ученый
8.
Накамура Ю., Ватанабэ К., Фукудзава Ю. и Итикава М.Наблюдение квантово-размерного эффекта в отдельных нанокристаллах Ge на подложках окисленного Si с помощью сканирующей туннельной спектроскопии. Прил. Phys. Lett. 87 , 133119 (2005).
ADS Статья CAS Google ученый
9.
Накамура Ю., Масада А. и Итикава М. Эффект квантового ограничения в отдельных квантовых точках Ge1 − xSnx на подложках Si (111), покрытых сверхтонкими пленками SiO2, с использованием сканирующей туннельной спектроскопии. Прил. Phys. Lett. 91 , 013109 (2007).
ADS Статья CAS Google ученый
10.
Loo, R. et al. (Приглашено) Технологии обработки для усовершенствованных устройств Ge. ECS Trans. 75 , 491–503 (2016).
CAS Статья Google ученый
11.
Collaert, N. et al. Совершенная наноэлектроника: новые материалы и концепции устройств для масштабирования наноэлектроники, выходящие за рамки дорожной карты Si. Microelectron. Англ. 132 , 218–225 (2015).
CAS Статья Google ученый
12.
Staudinger, P. et al. Микродиски из вюрцита InP: от эпитаксии до генерации при комнатной температуре. Нанотехнологии 32 , 075605 (2021).
ADS CAS PubMed Статья Google ученый
13.
Staudinger, P., Мозелунд, К. Э. и Шмид, Х. Изучение размерных ограничений роста пленки вюрцита III – V. Nano Lett. 20 , 686–693 (2020).
ADS CAS PubMed Статья Google ученый
14.
Wang, N. et al. Формирование наноструктур InP методом селективной поверхностной эпитаксии. ACS Nano 13 , 7261–7269 (2019).
CAS PubMed Статья Google ученый
15.
Hartmann, J. et al. Микроструктуры ребер из GaN с высоким аспектным соотношением и неполярными боковыми стенками, полученные методом непрерывной эпитаксии из газовой фазы металлоорганических соединений. Кристалл. Рост Des. 16 , 1458–1462 (2016).
CAS Статья Google ученый
16.
Tomioka, K. et al. Селективный рост нанопроволок III-V и их применения. J. Mater. Res. 26 , 2127–2141 (2011).
ADS CAS Статья Google ученый
17.
Маркс, Л. Д. и Пэн, Л. Форма наночастиц, термодинамика и кинетика. J. Phys. Конденс. Дело 28 , 053001 (2016).
ADS CAS PubMed Статья Google ученый
18.
Кан, Дж. У. и Картер, У. С. Формы кристаллов и фазовые равновесия: общая математическая основа. Металл. Матер. Пер. А 27А , 1431–1440 (1996).
ADS CAS Статья Google ученый
19.
Wulff, G. X. X. V. Zur Frage der Geschwindigkeit des Wachsthums und der Auflösung der Krystallflächen. Z. Kryst. Шахтер. 34 , 449–530 (1901).
CAS Google ученый
20.
Jones, S.H. et al. Фигурные формы поверхности эпитаксии подложки. J. Cryst. Рост 108 , 73–88 (1991).
ADS CAS Статья Google ученый
21.
Albani, M. et al. Конкуренция кинетики и термодинамики при росте ограненного кристалла путем моделирования фазового поля. Phys. Статус Solidi 256 , 1800518 (2019).
Артикул CAS Google ученый
22.
Falub, C.V. et al. Трехмерная гетероэпитаксия несогласованных полупроводников на кремнии. Тонкие твердые пленки 557 , 42–49 (2014).
ADS CAS Статья Google ученый
23.
Falub, C.V. et al. Масштабирование гетероэпитаксии от слоев к трехмерным кристаллам. Наука 335 , 1330–1334 (2012).
ADS CAS PubMed Статья Google ученый
24.
Salvalaglio, M. et al. Спроектированная коалесценция путем отжига трехмерных микроструктур Ge в высококачественные подвешенные слои на Si. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 7 , 19219–19225 (2015).
CAS PubMed Статья Google ученый
25.
Bergamaschini, R. et al. Терморегулируемая коалесценция во время роста кристаллов Ge на подложках Si с глубоким рисунком. Дж.Cryst. Рост 440 , 86–95 (2016).
ADS CAS Статья Google ученый
26.
Albani, M. et al. Устранение критического теплового прогиба в 3C-SiC / Si (111) за счет наклонной архитектуры столба Si. J. Appl. Phys. 123 , 185703 (2018).
ADS Статья CAS Google ученый
27.
Марцегалли, А. et al. Исключительное снижение термической деформации за счет конструкции с наклонной опорой: подвешенные слои Ge на Si (001). Mater. Des. 116 , 144–151 (2017).
CAS Статья Google ученый
28.
Montalenti, F. et al. Бездислокационные гетероструктуры SiGe / Si. Curr. Comput.-Aided Drug Des. 8 , 257 (2018).
Google ученый
29.
Isa, F. et al. Сильно несовпадающие бездислокационные гетероструктуры SiGe / Si. Adv. Матер. 28 , 884–888 (2016).
CAS PubMed Статья Google ученый
30.
Loh, T. H. et al. Ультратонкий низкотемпературный буфер SiGe для выращивания высококачественного эпитаксиального слоя Ge на Si (100) методом химического осаждения из паровой фазы в сверхвысоком вакууме. Прил. Phys. Lett. 90 , 092108 (2007).
ADS Статья CAS Google ученый
31.
Hsieh, Y.C. et al. Использование предварительной ионной имплантации Si + на подложку Si для усиления релаксации деформации метаморфического буферного слоя Ge _x Si _{1 − x} для роста слоя Ge на подложке Si. Прил. Phys. Lett. 90 , 083507 (2007).
ADS Статья CAS Google ученый
32.
Накамура Ю., Мураяма А. и Итикава М. Эпитаксиальный рост высококачественных пленок Ge на подложках Si (001) с помощью наноконтактной эпитаксии. Кристалл. Рост Des. 11 , 3301–3305 (2011).
CAS Статья Google ученый
33.
Bergamaschini, R. et al. Кинетический режим роста эпитаксиального GaAs на микростолбиках Si (001). J. Appl. Phys. 120 , 245702 (2016).
ADS Статья CAS Google ученый
34.
Taboada, A.G. et al. кристаллов GaAs / Ge, выращенных на подложках Si с микронным размером рисунка. J. Appl. Phys. 119 , 55301 (2016).
Артикул CAS Google ученый
35.
Bietti, S. et al. Монолитная интеграция оптического GaAs на подложках Si (001) с глубоким рисунком микронного масштаба. Прил. Phys. Lett. 103 , 262106 (2013).
ADS Статья CAS Google ученый
36.
Kreiliger, T. et al. Эпитаксия 3C-SiC на подложках Si (111) с глубоким рисунком. Mater. Sci. Форум 858 , 151–154 (2016).
Артикул Google ученый
37.
von Känel, H. et al. Уменьшение дефектов в эпитаксиальном 3C-SiC на Si (001) и Si (111) с помощью глубокого структурирования подложки. Mater. Sci. Форум 821–823 , 193–196 (2015).
Артикул Google ученый
38.
von Kanel, H. et al. № (Приглашено) Трехмерные эпитаксиальные кристаллы Si1-XGex, Ge и SiC на подложках Si с глубоким рисунком. ECS Trans. 64 , 631–648 (2014).
Артикул CAS Google ученый
39.
Isa, F. et al. Интеграция кристаллов GaN на подложки Si (0 0 1) с микрорельефом методом плазменной молекулярно-лучевой эпитаксии. Кристалл. Рост Des. 15 , 4886–4892 (2015).
CAS Статья Google ученый
40.
Pedrini, J. et al. Широкополосный контроль оптических свойств полупроводников посредством самосборки микрокристаллов на месте. Опт. Экспресс 28 , 24981 (2020).
ADS CAS PubMed Статья Google ученый
41.
Pezzoli, F. et al. Свечение светятся кристаллы Ge на Si. Phys. Rev. Appl. 1 , 044005 (2014).
ADS CAS Статья Google ученый
42.
Bergamaschini, R. et al. Самовыравнивающаяся трехмерная эпитаксия Ge и SiGe на массивных столбах из плотного кремния. Surf. Sci. Отчет 68 , 390–417 (2013).
ADS CAS Статья Google ученый
43.
Albani, M. et al. Кинетика роста и морфологический анализ гомоэпитаксиальных плавников из GaAs с помощью теории и эксперимента. Phys. Rev. Mater. 2 , 093404 (2018).
CAS Статья Google ученый
44.
Медуня, М. et al. Наклон и деформация решетки, картированные с помощью сканирующей нанодифракции рентгеновских лучей в микрокристаллах SiGe / Si с градиентным составом. J. Appl. Кристаллогр. 51 , 368–385 (2018).
Артикул Google ученый
45.
Marzegalli, A. et al. Неожиданное преобладание вертикальных дислокаций в пленках Ge / Si (001) с высоким несоответствием и их устранение путем глубокой структуризации подложки. Adv. Матер. 25 , 4408–4412 (2013).
CAS PubMed Статья Google ученый
46.
Salvalaglio, M. & Montalenti, F. Тонкое управление пластической и упругой релаксацией в вертикальных гетероструктурах Ge / Si. J. Appl. Phys. 116 , 104306 (2014).
ADS Статья CAS Google ученый
47.
Rosenblad, C. et al. Эпитаксия кремния с помощью химического осаждения из газовой фазы, усиленного низкоэнергетической плазмой. J. Vac. Sci. Technol. А 16 , 2785–2790 (1998).
ADS CAS Статья Google ученый
48.
Ратч К., Шмилауэр П., Введенский Д. Д. и Зангвилл А. Механизм образования когерентных островов во время гетероэпитаксии. J. Phys. I (6), 575–581 (1996).
Google ученый
49.
Рэтч, К., Зангвилл, А., Шмилауэр, П. и Введенский, Д. Д. Насыщение и масштабирование эпитаксиальных плотностей островков. Phys. Rev. Lett. 72 , 3194–3197 (1994).
ADS CAS PubMed Статья Google ученый
50.
Оцука, М. Модель численного моделирования для эпитаксиального роста молекулярным пучком (МЛЭ) на неплоских поверхностях. J. Cryst. Рост 205 , 112–122 (1999).
ADS CAS Статья Google ученый
51.
Li, S., Xiang, Q., Wang, D. & Wang, K. L. Моделирование роста фасеток на структурированной подложке Si в МЛЭ с газовым источником. J. Cryst. Рост 157 , 185–189 (1995).
ADS CAS Статья Google ученый
52.
Li, B. et al. Обзорная статья: Геометрические законы эволюции тонких кристаллических пленок: моделирование и численные значения. Commun. Comput. Phys. 6 , 433–482 (2009).
MathSciNet МАТЕМАТИКА Google ученый
53.
Бергамашини, Р., Сальвалаглио, М., Бакофен, Р., Фойгт, А. и Монталенти, Ф. Континуумное моделирование полупроводниковой гетероэпитаксии: прикладная перспектива. Adv. Phys. X 1 , 331–367 (2016).
CAS Google ученый
54.
Войт, А. Комментарий к «Вырожденные подвижности в моделях фазового поля недостаточны для отражения поверхностной диффузии» [Appl.Phys. Lett. 107, 081603 (2015)]. Прил. Phys. Lett. 108 , 036101 (2016).
ADS Статья CAS Google ученый
55.
Гугенбергер, К., Спачек, Р. и Касснер, К. Сравнение моделей фазового поля для поверхностной диффузии. Phys. Ред. E 78 , 16703 (2008).
ADS MathSciNet Статья CAS Google ученый
56.
Тораби С., Ловенгруб Дж., Фойгт А. и Уайз С. Новая модель фазового поля для сильно анизотропных систем. Proc. R. Soc. А 465 , 1337–1359 (2009).
ADS MathSciNet МАТЕМАТИКА Статья Google ученый
57.
Cahn, J. W. W. W. & Taylor, J. E. E. E. 113 поверхностное движение за счет поверхностной диффузии. Acta Metall. Матер. 42 , 1045–1063 (1994).
CAS Статья Google ученый
58.
Стёкер К. и Фойгт А. Влияние кинетики на эволюцию поверхности тонких кристаллических пленок. J. Cryst. Рост 303 , 90–94 (2007).
ADS Статья CAS Google ученый
59.
Salvalaglio, M., Backofen, R., Bergamaschini, R., Montalenti, F. & Voigt, A. Огранка равновесных и метастабильных наноструктур: модель фазового поля поверхностной диффузии с учетом реалистичных форм. Кристалл. Рост Des. 15 , 2787–2794 (2015).
CAS Статья Google ученый
60.
Masullo, M. et al. Рост и коалесценция 3C-SiC на микростолбиках Si (111) методом фазового поля. Материалы 12 , 3223 (2019).
ADS CAS PubMed Central Статья PubMed Google ученый
61.
Toifl, A. et al. Метод установки уровня для влажного травления нескольких материалов и неплоской селективной эпитаксии. IEEE Access 8 , 115406–115422 (2020).
Артикул Google ученый
62.
Аагесен, Л. К., Колтрин, М. Э., Хан, Дж. И Торнтон, К. Моделирование фазового поля роста GaN с помощью селективной эпитаксии площадей из сложной геометрии маски. J. Appl. Phys. 117 , 194302 (2015).
ADS Статья CAS Google ученый
63.
Salvalaglio, M. et al. Моделирование фазового поля массивов ограненных кристаллов Ge / Si, сливающихся в подвешенную пленку. Прил. Серфинг. Sci. 391 , 33–38 (2017).
ADS CAS Статья Google ученый
64.
Вей, С. и Фойгт, А. AMDiS: Адаптивное многомерное моделирование. Comput. Vis. Sci. 10 , 57–67 (2007).
MathSciNet МАТЕМАТИКА Статья Google ученый
65.
Витковски Т., Линг С., Преториус С. и Фойгт А. Концепции программного обеспечения и численные алгоритмы для масштабируемого адаптивного параллельного метода конечных элементов. Adv. Comput. Математика. 41 , 1145–1177 (2015).
MathSciNet МАТЕМАТИКА Статья Google ученый
66.
Salvalaglio, M., Selch, M., Voigt, A. & Wise, S.M. Модели анизотропной поверхностной диффузии с двойным вырождением диффузных границ раздела. Math. Методы Прил. Sci. 44 , 5385–5405 (2021).
ADS MathSciNet МАТЕМАТИКА Статья Google ученый
67.
van der Vorst, H. A. Bi-cgstab: быстрый и плавно сходящийся вариант bi-cg для решения несимметричных линейных систем. SIAM J.Sci. Стат. Comput. 13 , 631–644 (1992).
MathSciNet МАТЕМАТИКА Статья Google ученый
68.
Lu, G.-H., Cuma, M. & Liu, F. Изучение из первых принципов стабилизации деформации грани Ge (105) на Si (001). Phys. Ред. B 72 , 125415 (2005).
ADS Статья CAS Google ученый
69.
Хуанг Ю., Мастерс, С. Л., Крамдик, С. П. и Бишоп, К. М. Роль огранки в тонких пленках с двухосной текстурой: столбчатая морфология и аномальный наклон. J. Appl. Phys. 128 , 055303 (2020).
ADS CAS Статья Google ученый
70.
Salvalaglio, M., Backofen, R. & Voigt, A. Динамика роста тонких пленок с эффектами затенения с помощью подхода фазового поля. Phys. Ред. B 94 , 235432 (2016).
ADS Статья Google ученый
71.
Barzaghi, A. et al. Самосборка нановидных образований в микрокристаллах Si, эпитаксиально выращенных на подложках с глубоким рисунком. Кристалл. Рост Des. 20 , 2914–2920 (2020).
CAS PubMed PubMed Central Статья Google ученый
72.
Lee, J. S. et al. Селективная химическая лучевая эпитаксия плоских одномерных каналов InAs, выращенных на поверхностях InP (001), InP (111) B и InP (011). Phys. Rev. Mater. 3 , 084606 (2019).
CAS Статья Google ученый
.