Спосіб визначення швидкості росту монокристалу тригліцинсульфату з розчину

Спосіб визначення швидкості росту монокристалу тригліцинсульфату з розчину, який включає вимір розмірів монокристалу по осях а, в, с, обчислення його об'єму і ваги та зміну їх значень за одиницю часу, відрізняється тим, що визначення 32073 Завданням винаходу є спрощення процесу вимірювання швидкості росту кристалу з розчину при високій його точності. Поставлене завдання досягається таким чином, що згідно винаходу, сйосіб визначення швидкості росту монокристалу тригліцинсульфату з розчину, який включає вимір розмірів монокристалу по осях а, в, с, обчислення його об'єму і ваги та зміну їх значень за одиницю часу, відрізняється тим, що визначення розмірів монокристалу вздовж осей а, в, с проводять безпосередньо під час технологічного процесу вирощування монокристалу, обчислюють його об'єм і вагу в кожний даний момент часу, використовуючи при цьому експериментально знайдені коефіцієнти перерахунку для уявних та істинних лінійних розмірів кристалу, а також його питому вагу, після чого визначають швидкість росту монокристалу ТГС за формулою: v=DP/Dt, де v -швидкість росту монокристалу, DР - приріст ваги (об'єму) монокристалу, Dt - час приросту ваги (об'єму) монокристалу. Таким чином, запропонований спосіб в порівнянні з способом-прототипом має ряд суттєвих переваг, а саме: можливість контролю як за самим процесом росту монокристалу, так і за розмірами вирощуваного монокристалу, а також за швидкістю зміни його лінійних розмірів. При цьому не використовується дорогостояча апаратура, що робить спосіб доступним практично для всіх як технологічних, так і навчальних лабораторій. Спосіб відрізняється високою точністю визначення швидкості росту монокристалу. Спосіб здійснюють слідуючим чином. Визначення швидкості росту монокристалів тригліцинсульфату (ТГС) з розчину складається з двох етапів: з виміру розмірів вирощуваного кристалу по осях а, в, с і обчислення власне швидкості його росту. Вимірювання розмірів кристалу по осі с Вимір здійснюють шляхом порівняння вимірюваної величини з довжиною вертикального коліна кристалоносія, яка відома заздалегідь. Для цього, зупинивши обертання кристалу, прикладають до стінки баку термостату лінійку з поділками. Спостерігач, при нерухомому положенні голови, відраховує кількість поділок лінійки, які припадають на коліно кристалоносія і число поділок, що припадають на кристал (фіг. 1). Із пропорції К/К1=С/С 1, знаходимо с=К/К1 С1 , де С і С1 - істинна та уявна величини осі с; К і К1 – аналогічні величини для вертикального коліна кристалоносія. Для зменшення похибки око спостерігача має бути по можливості віддалене від кристалізатора і знаходитись на середній лінії вимірюваного діапазону висот. При більшій величині кристалу С1 вимірюється не по передньому його краю, а по лінії, з'єднуючій середини основ. Аналогічно, в разі необхідності, можна виміряти висоти верхньої та нижньої частин кристалу. Вимірювання величини кристалу вздовж осі а. Величинами, з якими порівнюються розміри кристалу по осі а, є зовнішній діаметр трубки та довжина горизонтального коліна кристалоносія. Обидві ці величини потрібно проміряти заздалегідь (фіг. 2). Зупинивши обертання, повертають кристал таким чином, щоб вісь а була паралельна спостерігачу. Горизонтальне коліно кристалоносія при цьому також буде паралельне спостерігачу. Око встановлюють на середній лінії між горизонтальним коліном кристалоносія та верхньою гранню кристалу. Лінійку прикладають до стінки бака термостату горизонтально: спочатку таким чином, щоб вона співпадала з горизонтальним коліном кристалоносія, а потім - з направленням осі а на верхній грані кристалу. Для зручності розрахунків око встановлюють на такій відстані від кристалізатора, щоб уявна довжина горизонтального коліна кристалоносія дорівнювала істинній (що можливо, так як циліндрична стінка кристалізатора збільшує горизонтальні розміри предметів). В цьому випадку відлік по лінійці для осі а безпосередньо дає величину цієї осі. У випадку коли кристал невеликий, більш точні результати дає порівняння з діаметром трубки кристалоносія, проміри якого роблять безпосередньо над верхньою гранню кристалу (але не в його середині). Вимірювання кристалу вздовж осі в Проводиться шляхом порівняння розміру по осі в з діаметром трубки кристалоносія. Одержаний результат може контролюватися величиною осі а, так як співвідношення розмірів по осям а і в приблизно відоме (фіг. 2). Визначення об'єму та ваги кристалу Об'єм кристалу в першому наближенні знаходять по формулі V=авс. Одержана величина завжди нижче істинної, так як приведена формула припускає, що основа кристалу має форму прямокутного паралелепіпеда зі сторонами рівними а і в. Для наближення до істинної величини, одержане значення множать на поправочний коефіцієнт sin2j (j -кут між осями а і с). Тоді формулу для розрахунку об'єму кристалу можливо представити як V=авс×sin2j, або V=Sосн.×H; Sосн.=ah=ac×sinj; H=в×sinj. Коефіцієнт беруть біля нижньої межі своєї можливої величини, так як невелика похибка в бік зменшення вирахованої ваги не призводить до шкідливих наслідків. Вага кристалу служить вихідною величиною при розрахунку пониження температури. Якщо вирахувана вага кристалу збільшеня до його істинної ваги, то відповідне їй зниження температури може стати надмірним і приведе до пошкодження кристалу або появи паразитів. Вага кристалу Р визначається шляхом множення його об'єму на питому вагу тригліцинсульфату, яка дорівнює 1,72. Р=1,72×V; V=авс - для кристалу ізометричного чи прямокутного; V=авc×sinj - для кристалу загостреного у вигляді паралелепіпеду, де j - кут між осями а і c. Визначення швидкості росту монокристалу Швидкість росту і розчинення площин кристалу підлягає закону, який математично може бути виражений слідуючою формулою: d0/dt=KF(C-C1), де d0/dt - кількість речовини, що кристалізується чи розчиняється з площини за одиницю часу; F – величина поверхні; С - концентрація насиченого розчину для даної площини (для кристалографічно різних площин С різне, тобто різні площини мають різну розчинність); К - постійна, незалежна від характеру площини, що визначається тією чи іншою 2 32073 інтенсивністю припливу до площини поживного матеріалу, з якого складається кристал [4]. Це рівняння підлягає спрощенню. Оскільки К для даного технологічного процесу є величиною сталою, її можна прийняти за одиницю. d0/dt - швидкість реакції; D - знак приросту DC=C-C 1; v=DP/Dt - швидкість росту монокристалу з розчину протягом технoлогічного процесу його вирощування, яка виражається як зміна ваги (об'єму) кристалу за одиницю чacy [5]. В такий спосіб можливо визначити також швидкість росту лінійних розмірів кристалу (а, в, с), використовуючи формулу Da( Dв, Dc ) , Dt поскільки швидкість дуже чутливо реагує на всі зміни, що відбуваються в середовищі, що оточує кристал: варіації температури перенасичення, хімічного середовища. Вона залежить також від особливостей самого кристалу. В свою чергу швидкість впливає на утворення всіх або майже всіх неоднорідностей кристалу, зумовлює його зовнішню морфологію. Запропонований спосіб визначення швидкості росту монокристалу ТГС дозволяє вимірювати розміри кристалоносія на повітрі і в ростовому розчині, визначати відповідні коефіцієнти перерахунку, а також проводити вимірювання розмірів вирощуваного кристалу за добу, а потім обчислювати його істинні розміри, вагу і швидкість росту. При цьому забезпечується стаціонарність процесу, можливість спостереження за кристалом в ході технологічного процесу з фіксацією швидкостей росту лінійних розмірів кристалу, разом з тим гідродинамічні умови достатньо визначені (кристалоносій обертається з постійною швидкістю). Запропонований спосіб простий у виконанні, а виміри, виконані в такий спосіб, мають похибку в межах похибки ока спостерігача і достатні для того, щоб стежити за ростом кристалу, контролювати перенасичення і прогнозувати розміри і вагу монокристалу, який можливо одержати у визначений термін. Приклади конкретного виконання способу Приклад 1. Визначення лінійних розмірів вирощуваного монокристалу К1 - уявна довжина вертикального коліна кристалоносія, яка дорівнює 2,3 см. К - істинна довжина коліна проміряна заздалегідь, дорівнює 2,8 см С1 - уявна довжина монокристалу по вертикалі, дорівнює 2 см. Перший день вирощування монокристалу С=К/К1×С1=2,8/2,3´2=1,2´2=2,4 (см); а=1,3 см; в=1,3 см; V=авс=2,4×1,3×1,3=4,1 (см 3); Р=v×d=4,1×1,72=7 (г). Другий день вирощування монокристалу C1=2,5 см; C=1,2×2,5=3,0 (см); а=1,8 см; в=2,0 см. V=авс=3,0×1,8×2,0=10,8 (см 3); Р=v×d=18,6 (г) v=DР/Dt=(18,6-7)1=11,6 (г/добу). Аналогічно визначають швидкість зміни лінійних розмірів кристалу Dа/Dt, Dв/Dt, Dс/Dt. Приклади 2-3 Значення а, в, с обчислюють аналогічно прикладу 1. Якщо вирощують прозорий кристал, то існує можливість спроби збільшення перенасичення шляхом прискорення пониження температури; при цьому домагаються максимального приросту ваги кристалу за добу. Однак, швидкість росту кристалу не безмежна, бо можливий негативний вплив на його якість. Вимір швидкостей росту монокристалу ТГС та їх аналіз необхідний при підборі оптимального режиму для технічно цінних кристалів на основі ТГС різних композицій та режиму масової кристалізації. В прикладних областях виміри швидкостей (разом із спостереженням за морфологією кристалів) незамінні при оцінці якості реактивів для вирощування кристалів або підборі домішок, впливаючих на ріст кристалів в потрібному напрямку. Винахід може бути використаний на підприємства х в те хнологічних лабораторіях по вирощуванню кристалів, а також в учбових те хнологічних лабораторіях. Джерела інформації 1. Рашкович Л.И., Лещенко В.Г., Амандосов А.Г., Копцик В.А. Интерферометрическое исследование скорости роста граней (001) кристалла триглицинсульфата при разных пересыщениях и температурах // Кристаллография, 1983, т. 28, вып. 4., - С. 768-775. 2. Прейвус Е.Б. Кинетика роста и растворения кристаллов. 1979. Изд-во ЛГУ, Ленинград. - 248 с. 3. А.с. СССР № 1297518, раніше не публ., 1984 - прототип (С30В7/00). 4. Аншелес О.М., Татарский В.Б., Штернберг А.А. Скоростное выращивание однородных кристаллов из растворов. Кристаллизация сегнетовой соли. Ленинградское газетно-журнальное и книжное изд-во, 1945, - 83 с. 5. Глинка Н.Л. Общая химия. Изд-во "Химия". Ленинградское отд., 1977. – 718 с. 3 32073 Фіг. 1 Фіг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4