क्रिस्टल वृद्धि

क्रिस्टल एक ठोस सामग्री है जिसके घटक परमाणु, अणु, या आयनों को सभी तीन स्थानिक आयामों में विस्तार करने के क्रमवार दोहराव पैटर्न में व्यवस्थित रूप से व्यवस्थित किया जाता है। क्रिस्टल विकास एक क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया का एक प्रमुख चरण है, और क्रिस्टलीय जाली की विशेषता व्यवस्था में नए परमाणुओं, आयनों, या बहुलक तार के जोड़ से निर्मित होता है।  विकास आमतौर पर सजातीय या विषम (सतह उत्प्रेरक) नाभिक के प्रारंभिक चरण का अनुसरण करता है, जब तक कि एक बीज क्रिस्टल, जानबूझकर विकास शुरू करने के लिए जोड़ा गया था, पहले से ही मौजूद था।

क्रिस्टल विकास की क्रिया एक क्रिस्टलीय ठोस का उत्पादन करती है जिसके परमाणुओं या अणुओं को एक दूसरे के सापेक्ष अंतरिक्ष में निश्चित स्थिति के साथ पैक किया जाता है। पदार्थ की क्रिस्टलीय अवस्था की विशेषता एक विशिष्ट संरचनात्मक कठोरता और विरूपण के लिए बहुत उच्च प्रतिरोध (यानी, क्रिस्ला) है। आकार और/या आयतन में परिवर्तन अधिकांश क्रिस्टलीयठोस पदार्थों में यंग के मापांक और लोचदार मापांक दोनों के उच्च मूल्य होते हैं। यह अधिकांश तरल पदार्थ या तरल पदार्थ के विपरीत है, जिसमें कम शियर मापांक होता है, और आमतौर पर मैक्रोस्कोपिक चिपचिपा प्रवाह की क्षमता प्रदर्शित करता है।

अवलोकन
एक स्थिर नाभिक के सफल गठन के बाद, एक विकास चरण शुरू होता है जिसमें मुक्त कणों (परमाणु या अणुओं) न्यूक्लियरिंग साइट देते हैं और अपनी क्रिस्टलीय संरचना को नाभिक से बाहर की ओर प्रचारित करते हैं। यह प्रक्रिया नाभिक से काफी तेज है। इस तरह की तीव्र वृद्धि का कारण यह है कि वास्तविक क्रिस्टल में अव्यवस्थाएं और अन्य दोष होते हैं, जो मौजूदा क्रिस्टलीय संरचना में कणों के जोड़ने के लिए उत्प्रेरक के रूप में कार्य करते हैं। इसके विपरीत, पूर्ण क्रिस्टल (लाकिंग दोष) बहुत धीमी गति से विकसित होते थे। दूसरी ओर, अशुद्धियाँ क्रिस्टल विकास अवरोधक के रूप में कार्य कर सकती हैं और क्रिस्टल की आदत  को भी संशोधित कर सकती हैं।

नाभिक
नाभिक या तो समरूप हो सकता है, विदेशी कणों के प्रभाव के बिना, या विषम, विदेशी कणों के प्रभाव के साथ। आम तौर पर, विषम नाभिक अधिक तेजी से होता है क्योंकि विदेशी कण क्रिस्टल के विकास के लिए एक मचान के रूप में कार्य करते हैं, इस प्रकार एक नई सतह और असंगत सतह ऊर्जा आवश्यकताओं को बनाने की आवश्यकता को समाप्त करते हैं।

विषम नाभिक कई तरीकों से हो सकता है। इनमें से कुछ सबसे विशिष्ट हैं छोटे झुकाव, या कटौती, कंटेनर में क्रिस्टल को उगाया जा रहा है। इसमें कांच के किनारे और नीचे खरोंच शामिल हैं। क्रिस्टल उगाने में एक आम प्रथा एक विदेशी पदार्थ को जोड़ने के लिए है, जैसे कि स्ट्रिंग या चट्टान, समाधान में, जिससे क्रिस्टल विकास को सुविधाजनक बनाने और पूर्ण रूप से क्रिस्टलीकरण करने के लिए समय को कम करने के लिए नाभिक साइटों प्रदान करना।

नाभिक स्थलों की संख्या को भी इस तरीके से नियंत्रित किया जा सकता है। यदि एक ब्रांड-नया कांच या एक प्लास्टिक कंटेनर का उपयोग किया जाता है, तो क्रिस्टल नहीं बन सकते हैं क्योंकि कंटेनर की सतह विषम नाभिक की अनुमति देने के लिए बहुत चिकनी है। दूसरी ओर, एक बुरी तरह से खुरदरे हुए कंटेनर के परिणामस्वरूप कई छोटे क्रिस्टल होते हैं। मध्यम आकार के क्रिस्टल की एक मध्यम संख्या को प्राप्त करने के लिए, एक कंटेनर जिसमें कुछ खरोंच होते हैं, सबसे अच्छा काम करता है। इसी तरह, पहले बनाए गए छोटे क्रिस्टल, या बीज क्रिस्टल को एक क्रिस्टल विकसित करने वाली परियोजना में जोड़ने से समाधान के लिए न्यूक्लियेटिंग साइटें उपलब्ध होंगी। केवल एक बीज क्रिस्टल के जुड़ने से एक बड़ा एकल क्रिस्टल बनता है।

विकास के तंत्र
एक क्रिस्टल और इसके वाष्प के बीच का इंटरफेस पिघलने के बिंदु से नीचे के तापमान पर आणविक रूप से तेज हो सकता है। एक आदर्श क्रिस्टलीय सतह एकल परतों के प्रसार द्वारा विकसित होती है, या समान रूप से, विकास चरणों के पार्श्व अग्रिम द्वारा जो परतों को बाध्य करते हैं। अवधारणात्मक विकास दर के लिए, इस तंत्र के लिए एक परिमित ड्राइविंग बल (या सुपरकूलिंग की डिग्री) की आवश्यकता होती है ताकि नाभिक अवरोध को थर्मल उतार-चढ़ाव के माध्यम से उत्पन्न होने के लिए पर्याप्त रूप से कम किया जा सके। पिघल से क्रिस्टल विकास के सिद्धांत में, बर्टन और कैबरेरा ने दो प्रमुख तंत्रों के बीच अंतर किया है

गैर-समान पार्श्व विकास
सतहों की पार्श्व गति द्वारा सतह की प्रगति होती है जो ऊंचाई में एक इंटरप्लेनर रिक्ति होती है (या कुछ अभिन्न कई कई)।सतह का एक तत्व कोई परिवर्तन नहीं करता है और एक कदम के पारित होने के अलावा खुद को सामान्य रूप से आगे नहीं बढ़ाता है, और फिर यह चरण की ऊंचाई से आगे बढ़ता है।यह एक सतह के दो आसन्न क्षेत्रों के बीच संक्रमण के रूप में कदम पर विचार करने के लिए उपयोगी है जो एक दूसरे के समानांतर हैं और इस प्रकार कॉन्फ़िगरेशन में समान हैं - एक दूसरे से जाली विमानों के अभिन्न संख्या द्वारा विस्थापित।ध्यान दें कि एक फैलाना सतह में एक कदम की अलग संभावना है, भले ही चरण की ऊंचाई फैलाना सतह की मोटाई से बहुत छोटी होगी।

वर्दी सामान्य विकास
सतह एक चरणबद्ध विकास तंत्र की आवश्यकता के बिना खुद को सामान्य रूप से आगे बढ़ाती है।इसका मतलब यह है कि एक पर्याप्त थर्मोडायनामिक ड्राइविंग बल की उपस्थिति में, सतह का प्रत्येक तत्व इंटरफ़ेस की उन्नति में योगदान करने वाले निरंतर परिवर्तन में सक्षम है।एक तेज या असंतोषजनक सतह के लिए, यह निरंतर परिवर्तन बड़े क्षेत्रों में प्रत्येक क्रमिक नई परत पर कम या ज्यादा समान हो सकता है।अधिक फैलाना सतह के लिए, एक निरंतर विकास तंत्र को एक साथ कई क्रमिक परतों में परिवर्तन की आवश्यकता हो सकती है।

गैर-समान पार्श्व विकास चरणों की एक ज्यामितीय गति है-जैसा कि पूरी सतह की गति के विपरीत है।वैकल्पिक रूप से, समान सामान्य वृद्धि सतह के एक तत्व के समय अनुक्रम पर आधारित है।इस मोड में, कोई गति या परिवर्तन नहीं होता है, सिवाय इसके कि जब कोई कदम एक निरंतर परिवर्तन से गुजरता है।दी गई शर्तों के किसी भी सेट के तहत किस तंत्र की भविष्यवाणी की भविष्यवाणी होगी, क्रिस्टल विकास की समझ के लिए मौलिक है।इस भविष्यवाणी को करने के लिए दो मानदंडों का उपयोग किया गया है:

सतह फैलाना है या नहीं: एक फैलाना सतह वह है जिसमें एक चरण से दूसरे चरण में परिवर्तन निरंतर होता है, कई परमाणु विमानों पर होता है।यह एक तेज सतह के विपरीत है जिसके लिए संपत्ति में बड़ा परिवर्तन (जैसे घनत्व या संरचना) बंद है, और आम तौर पर एक इंटरप्लेनर दूरी की गहराई तक सीमित है। सतह एकवचन है या नहीं: एक विलक्षण सतह वह है जिसमें अभिविन्यास के एक समारोह के रूप में सतह तनाव में एक न्यूनतम न्यूनतम है।विलक्षण सतहों की वृद्धि को चरणों की आवश्यकता होती है, जबकि यह आमतौर पर आयोजित किया जाता है कि गैर-विलय सतहों को लगातार खुद के लिए सामान्य रूप से आगे बढ़ा सकता है।

ड्राइविंग बल
पार्श्व विकास की उपस्थिति के लिए अगली आवश्यक आवश्यकताओं पर विचार करें।यह स्पष्ट है कि पार्श्व विकास तंत्र तब मिलेगा जब सतह का कोई भी क्षेत्र एक ड्राइविंग बल की उपस्थिति में एक मेटास्टेबल संतुलन तक पहुंच सकता है।यह तब एक कदम के पारित होने तक इस तरह के एक संतुलन कॉन्फ़िगरेशन में बने रहेगा।बाद में, कॉन्फ़िगरेशन समान होगा सिवाय इसके कि कदम के प्रत्येक भाग को लेकिन चरण की ऊंचाई से उन्नत होगा।यदि सतह एक ड्राइविंग बल की उपस्थिति में संतुलन तक नहीं पहुंच सकती है, तो यह चरणों के पार्श्व गति की प्रतीक्षा किए बिना आगे बढ़ता रहेगा।

इस प्रकार, CAHN ने निष्कर्ष निकाला कि विशिष्ट विशेषता सतह की क्षमता है जो ड्राइविंग बल की उपस्थिति में एक संतुलन स्थिति तक पहुंचने के लिए है।उन्होंने यह भी निष्कर्ष निकाला कि एक क्रिस्टलीय माध्यम में प्रत्येक सतह या इंटरफ़ेस के लिए, एक महत्वपूर्ण ड्राइविंग बल मौजूद है, जो यदि पार हो जाता है, तो सतह या इंटरफ़ेस को खुद को सामान्य रूप से आगे बढ़ाने में सक्षम करेगा, और, यदि पार नहीं किया गया है, तो पार्श्व विकास तंत्र की आवश्यकता होगी।

इस प्रकार, पर्याप्त रूप से बड़े ड्राइविंग बलों के लिए, इंटरफ़ेस एक विषम न्यूक्लिएशन या पेंच अव्यवस्था तंत्र के लाभ के बिना समान रूप से आगे बढ़ सकता है।एक पर्याप्त रूप से बड़ी ड्राइविंग बल का गठन करने से इंटरफ़ेस की विचलन पर निर्भर करता है, ताकि बेहद फैलाना इंटरफेस के लिए, यह महत्वपूर्ण ड्राइविंग बल इतना छोटा हो जाएगा कि कोई भी औसत दर्जे का ड्राइविंग बल इसे पार कर जाएगा।वैकल्पिक रूप से, तेज इंटरफेस के लिए, महत्वपूर्ण ड्राइविंग बल बहुत बड़ा होगा, और अधिकांश विकास पार्श्व चरण तंत्र द्वारा होगा।

ध्यान दें कि एक विशिष्ट जमने या क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया में, थर्मोडायनामिक ड्राइविंग बल सुपरकूलिंग की डिग्री द्वारा निर्धारित किया जाता है।

आकारिकी
यह आमतौर पर माना जाता है कि क्रिस्टल के यांत्रिक और अन्य गुण भी विषय वस्तु के लिए प्रासंगिक हैं, और यह कि क्रिस्टल आकृति विज्ञान (रसायन विज्ञान) विकास कैनेटीक्स और भौतिक गुणों के बीच लापता लिंक प्रदान करता है।आवश्यक थर्मोडायनामिक तंत्र जोशिया विलार्ड गिब्स के विषम संतुलन के अध्ययन द्वारा प्रदान किया गया था।उन्होंने सतह ऊर्जा की एक स्पष्ट परिभाषा प्रदान की, जिसके द्वारा सतह के तनाव की अवधारणा को ठोस और तरल पदार्थों पर भी लागू किया जाता है।उन्होंने यह भी सराहना की कि एक एनिसोट्रोपिक सतह मुक्त ऊर्जा ने एक गैर-गोलाकार संतुलन आकार को निहित किया, जिसे थर्मोडायनामिक रूप से आकार के रूप में परिभाषित किया जाना चाहिए जो कुल सतह मुक्त ऊर्जा को कम करता है। यह ध्यान देने योग्य हो सकता है कि मोनोक्रिस्टलाइन व्हिस्कर विकास मूंछों में उच्च शक्ति की यांत्रिक घटना और विभिन्न विकास तंत्रों के बीच लिंक प्रदान करता है जो उनके रेशेदार आकारिकी के लिए जिम्मेदार हैं।(कार्बन नैनोट्यूब की खोज से पहले, मोनोक्रिस्टलाइन व्हिस्कर | एकल-क्रिस्टल व्हिस्कर्स में किसी भी सामग्री की उच्चतम तन्यता ताकत थी)।कुछ तंत्र दोष-मुक्त मूंछ का उत्पादन करते हैं, जबकि अन्य में विकास के मुख्य अक्ष के साथ एकल पेंच अव्यवस्था हो सकती है-उच्च शक्ति वाले मूंछों का उत्पादन।

व्हिस्कर विकास के पीछे के तंत्र को अच्छी तरह से समझा नहीं जाता है, लेकिन यह लगता है कि संपीड़ित यांत्रिक तनाव (भौतिकी) द्वारा यांत्रिक रूप से प्रेरित तनावों, विभिन्न तत्वों के प्रसार से प्रेरित तनाव, और थर्मल रूप से प्रेरित तनावों द्वारा प्रेरित किया जाता है।कई मामलों में मेटल व्हिस्कर्स मेटैलिक डेंड्राइट (क्रिस्टल) से भिन्न होते हैं।डेंड्राइट्स एक पेड़ की शाखाओं की तरह फ़र्न के आकार के होते हैं, और धातु की सतह के पार बढ़ते हैं।इसके विपरीत, व्हिस्कर्स रेशेदार होते हैं और विकास की सतह, या सब्सट्रेट की सतह के लिए एक समकोण पर प्रोजेक्ट होते हैं।

डिफ्यूजन-कंट्रोल
बहुत ही आमतौर पर जब सुपरसेटेशन (या सुपरकूलिंग की डिग्री) अधिक होती है, और कभी-कभी जब यह अधिक नहीं होता है, तब भी विकास कैनेटीक्स प्रसार-नियंत्रित हो सकता है।ऐसी परिस्थितियों में, पॉलीहेड्रल क्रिस्टल फॉर्म अस्थिर होगा, यह अपने कोनों और किनारों पर प्रोट्रूशियंस को अंकुरित करेगा जहां सुपरसेटेशन की डिग्री अपने उच्चतम स्तर पर है।इन प्रोट्रूशियंस की युक्तियां स्पष्ट रूप से उच्चतम सुपरसेटेशन के बिंदु होंगे।आमतौर पर यह माना जाता है कि जब तक कि रासायनिक क्षमता बढ़ाने में इंटरफेसियल मुक्त ऊर्जा का प्रभाव टिप वृद्धि को धीमा नहीं करता है और टिप मोटाई के लिए एक निरंतर मूल्य बनाए रखता है, तब तक फलाव लंबा (और टिप पर पतला) हो जाएगा। बाद की टिप-मोटी प्रक्रिया में, आकार की एक समान अस्थिरता होनी चाहिए।मामूली धक्कों या उभारों को अतिरंजित किया जाना चाहिए - और तेजी से बढ़ती साइड शाखाओं में विकसित होना चाहिए।इस तरह की एक अस्थिर (या मेटास्टेबल) स्थिति में, अनीसोट्रॉपी की मामूली डिग्री महत्वपूर्ण शाखाओं और विकास की दिशाओं को निर्धारित करने के लिए पर्याप्त होनी चाहिए।इस तर्क का सबसे आकर्षक पहलू, निश्चित रूप से, यह है कि यह डेंड्राइट (क्रिस्टल) विकास की प्राथमिक रूपात्मक विशेषताओं को उत्पन्न करता है।

यह भी देखें

 * असामान्य अनाज वृद्धि
 * चवोरिनोव का नियम
 * बादल संघनन नाभिक
 * क्रिस्टल की संरचना
 * Czochralski प्रक्रिया
 * डेंड्राइट (धातु)
 * डायना का पेड़
 * आंशिक क्रिस्टलीकरण (रसायन विज्ञान)
 * बर्फ नाभिक
 * लेजर-हीटेड पेडस्टल ग्रोथ
 * मैंगनीज नोड्यूल
 * माइक्रो-पुलिंग-डाउन
 * मोनोक्रिस्टलाइन व्हिस्कर
 * Protocrystalline
 * Recrystallization (रसायन विज्ञान)
 * बीज क्रिस्टल
 * एकल क्रिस्टल
 * व्हिस्कर (धातुकर्म)

सिमुलेशन

 * काइनेटिक मोंटे कार्लो सतह विकास विधि