روش گدازآور
روش گذارآور (به انگلیسی: flux method) یا روش فلاکس یک روش رشد بلور است که در آن مواد آغازین در یک حلال (گدازآور) حل میشوند و رسوب میکنند تا بلورهای یک ترکیب مورد نظر را تشکیل دهند. گدازآور نقطه ذوب ترکیب مورد نظر را کاهش میدهد، مشابه بازبلورش شیمی مرطوب.[۱] گدازآور در یک بوته بسیار پایدار که با گدازآور واکنش نمیدهد، ذوب میشود. بوتههای فلزی مانند پلاتین، تیتانیُم و نیوبیُم برای رُشد بلورهای اکسید استفاده میشوند. بوتههای سرامیکی مانند آلومینا، زیرکونیا و نیترید بور برای رشد بلورهای فلزی استفاده میشوند.[۲] برای رشدهای حساس به هوا، محتویات در آمپولها مهر و موم شده یا در کورههای کنترل شده با اتمسفر قرار میگیرند.
انتخاب گدازآور
گدازآورهای اکسیدی اغلب برای کاهش فراریت، گرانرَوی و واکنشپذیری نسبت به بوتهها با هم ترکیب میشوند. گدازآورهای فلزی معمولاً با هم ترکیب نمیشوند،[۳] زیرا آنها از مشکلات فراریت، گرانرَوی و واکنشپذیری مشابه رنج نمیبرند. یک گدازآور ایدهآل باید خواص زیر را داشته باشد:[۲]
- حلالیت خوب برای ترکیب مورد نظر در دماهای رشد.
- نقطه ذوب پایین.
- فاصله زیاد بین نقطه ذوب و نقطه جوش.
- به راحتی از بلورها جدا میشود.
- در دماهای رشد با بوته و مواد اولیه واکنش نمیدهد.
| گدازآور فلزی | گدازآور اکسیدی | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| گدازآور | نقطه ذوب (°C) | نقطه جوش (°C) | گدازآور | نقطه ذوب (°C) | نقطه جوش (°C) |
| آلومینیوم | ۶۶۰ | ۲۴۷۰ | اکسید سرب (II) | ۸۸۸ | ۱۴۷۷ |
| بیسموت | ۲۷۱ | ۱۵۶۴ | فلوراید سرب(II) | ۸۲۴ | ۱۲۹۳ |
| گالیم | ۳۰ | ۲۴۰۰ | اکسید بیسموت (III) | ۸۱۷ عدد | ۱۸۹۰ |
| ایندیم | ۱۵۷ | ۲۰۷۲ | اکسید لیتیوم | ۱۴۳۸ | ۲۶۰۰ |
| قلع | ۲۳۲ | ۲۶۰۲ | تریاکسید مولیبدُن | ۸۰۲ | ۱۱۵۲ |
| سرب | ۳۲۸ | ۱۷۴۹ | پتاسیم فلوراید | ۸۵۸ | ۱۵۰۲ |
روش کورهای
رشد (مواد آغازین، گدازآور و بوته) برای تشکیل یک محلول مایع کامل گرم میشوند. رشد تا دمایی که محلول کاملاً اشباع شده باشد، خنک میشود. خنک شدن بیشتر باعث رسوب بلورها از محلول میشود و غلظت مواد آغازین در محلول را کاهش میدهد و دمایی را که محلول کاملاً اشباعشده است، پایین میآورد. این فرایند تکرار میشود و دما کاهش مییابد و بلورهای بیشتری رسوب میکنند. سپس فرایند در دمای مطلوب متوقف میشود و رشد از کوره خارج میشود. عملاً، روش گدازآور با قرار دادن رشد در یک کوره قابل برنامهریزی انجام میشود:
- بالاروند - کوره از دمای آغازین تا حداکثر دما، جایی که رشد یک محلول مایع کامل تشکیل میدهد، گرم میشود.
- مَکث - کوره در حداکثر دمای خود نگه داشته میشود تا محلول همگن شود.
- خنکسازی - کوره در یک سرعت یا زمان مشخص تا دمای مطلوب خنک میشود.
- برچیدگی - رشد از کوره خارج میشود. رشد میتواند آبدهی شود، سانتریفیوژ شود یا اگر در دمای اتاق است، به سادگی برچیده شود.
مراحل اضافی ممکن است به این پروفایل دمایی پایه اضافه شود، مانند زمانهای مکث اضافی یا نرخهای خنکسازی متفاوت در نقاط مختلف خنککننده. بلورش میتواند از طریق هستهزایی خودبهخودی، تحریک با یک دانه یا از طریق تنش مکانیکی رخ دهد.
جداسازی گدازآور
پس از بلورش، اغلب مقداری از گدازآور جامد شده روی سطح یا داخل بلور مورد نظر باقی میماند. این گدازآور ممکن است به دلیل انبساط حرارتی متفاوت گدازآور و بلور، باعث ایجاد نقص در بلور شود.[۴] یک حلال (معمولاً یک اسید یا یک باز) میتواند گدازآور را حل کند، اما یافتن حلالی که بلور را نیز حل نکند، دشوار است. گدازآور را میتوان به صورت مکانیکی با استفاده از تیغه یا مته جدا کرد. اگر بلور و گدازآور دارای نقاط جوش بهطور قابلتوجه متفاوت باشند، گدازآور را میتوان با تبخیر جدا کرد. گدازآور را میتوان از طریق بازبلورش با استفاده از یک دانه در فاز مایع نیز جدا کرد و گدازآور را با تجمع بلورها باقی گذاشت.
حذف گدازآور اضافی برای ارزیابی خواص بلورها مهم است، زیرا گدازآور میتواند بر اندازهگیریها تأثیر بگذارد. به عنوان مثال، قلع و سرب در دماهای پایین ابررسانا هستند،[۵] اگر نمونهای دارای گدازآور قلع یا سرب باشد، میتوان ابررسانایی گدازآور را مشاهده کرد، حتی اگر بلور مورد نظر ابررسانا نباشد.
جستارهای وابسته
پیوند به بیرون
منابع
- ↑ Byrappa, K.; Ohachi, Tadashi (Eds.) (2003). "17.2.4 Flux method". Crystal Growth Technology. Norwich, N.Y.: William Andrew Pub. p. 567. ISBN 3-540-00367-3.
Components of the gem materials desired in a single crystal form are dissolved in a flux (solvent).
- 1 2 Tachibana, Makoto (2017). Beginner's Guide to Flux Crystal Growth (به انگلیسی). Tsukuba, Ibaraki Japan: Springer. pp. 61–87. ISBN 978-4-431-56586-4.
- ↑ Kanatzidis, Mercouri G.; Pöttgen, Rainer; Jeitschko, Wolfgang (2005-11-04). "The Metal Flux: A Preparative Tool for the Exploration of Intermetallic Compounds". Angewandte Chemie International Edition (به انگلیسی). 44 (43): 6996–7023. doi:10.1002/anie.200462170. ISSN 1433-7851. PMID 16259022.
- ↑ Wolf, Thomas (July 2012). "Flux separation methods for flux-grown single crystals". Philosophical Magazine (به انگلیسی). 92 (19–21): 2458–2465. Bibcode:2012PMag...92.2458W. doi:10.1080/14786435.2012.685193. ISSN 1478-6435.
- ↑ Buzea, Cristina; Robbie, Kevin (2005-01-01). "Assembling the puzzle of superconducting elements: a review". Superconductor Science and Technology. 18 (1): R1–R8. arXiv:cond-mat/0410302. doi:10.1088/0953-2048/18/1/R01. ISSN 0953-2048.