La croissance cristalline, le processus de formation d'un solide cristallin à partir d'une solution, de fonte ou de vapeur, utilise une variété de techniques adaptées à des types cristallins spécifiques et aux propriétés souhaitées. Voici une ventilation de quelques méthodes courantes:
de la solution:
* Évaporation lente: Une méthode simple où une solution saturée peut évaporer lentement, laissant derrière elle des cristaux. Utile à des fins de croissance et de démonstration à petite échelle.
* refroidissement: Une solution sursaturée est lentement refroidie, augmentant la nucléation et la croissance des cristaux. Cette technique est fréquemment utilisée pour la cristallisation à l'échelle du laboratoire.
* Diffusion de solvant: Deux solvants miscibles sont utilisés, l'un contenant le soluté et l'autre moins capable de le dissoudre. La diffusion lente du deuxième solvant induit une sursaturation et une cristallisation.
* Synthèse hydrothermale: Les cristaux sont cultivés sous haute pression et température en utilisant l'eau comme solvant. Cette méthode permet la croissance de cristaux importants de haute qualité, en particulier pour les minéraux.
* Croissance du gel: Les cristaux sont cultivés dans une matrice de gel, qui fournit un environnement stable et à faible supersaturation. Idéal pour les cristaux délicats et ceux avec des structures complexes.
de Melt:
* Bridgman-Stockbarger: Un matériau fondu est lentement abaissé par un gradient de température, permettant une croissance cristalline contrôlée. Convient pour les matériaux de point de fonds élevé.
* Czochralski: Un cristal de graines est plongé dans un matériau fondu et retiré lentement, tirant un seul cristal. Cette méthode est largement utilisée pour le silicium et d'autres semi-conducteurs.
* Foulting de zone: Une zone fondue localisée est déplacée à travers des cristaux solides, purifiants et en croissance. Cette technique est utilisée pour affiner les matériaux et la croissance des monocristaux.
de vapeur:
* Transport physique de vapeur: Un matériau est vaporisé et transporté vers un substrat plus frais, où il se condense et cristallise. Cette technique est utilisée pour développer des couches minces et des structures complexes.
* Dépôt de vapeur chimique: Les réactifs gazeux sont déposés sur un substrat chauffé, réagissant pour former un cristal solide. Cette méthode est largement utilisée pour la croissance des films et des revêtements semi-conducteurs.
* épitaxie du faisceau moléculaire (MBE): Une méthode hautement contrôlée où les molécules sont déposées sur un substrat chauffé dans un vide élevé. Idéal pour développer des films minces avec un contrôle précis de la composition et de l'épaisseur.
Autres techniques:
* Croissance du flux: Un flux en fusion en fusion est utilisé pour dissoudre et transporter le matériau, permettant une croissance cristalline. Cette méthode convient à la croissance des cristaux avec des points de fusion élevés et des compositions complexes.
* électrocristaux: Les cristaux sont cultivés en déplaçant électrochimiquement un matériau sur un substrat. Cette technique est utilisée pour un dépôt contrôlé de métaux et d'alliages.
* Croissance assistée par modèle: En utilisant des modèles ou des matrices pré-conçus, les cristaux sont cultivés avec des formes et des tailles spécifiques. Cette technique est utile pour créer des cristaux à motifs et des matériaux fonctionnels.
Facteurs affectant la croissance des cristaux:
* sursaturation: Le degré auquel une solution est sursaturée influence la nucléation et les taux de croissance.
* Température: La température influence les taux de solubilité, de diffusion et de croissance cristalline.
* impuretés: Les impuretés peuvent entraver la croissance des cristaux et affecter les propriétés du cristal.
* Crystals de graines: La présence de cristaux de graines peut favoriser la nucléation et la croissance contrôlées.
* STIRING: L'agitation peut influencer la sursaturation et prévenir les précipitations.
Choisir la bonne technique:
Le choix de la technique de croissance cristalline dépend de divers facteurs, notamment:
* Le matériau cultivé
* Taille et forme de cristal souhaitées
* La pureté et la perfection souhaitées
* Coût et évolutivité
En considérant soigneusement ces facteurs, les chercheurs peuvent sélectionner la technique de croissance des cristaux la plus appropriée pour leurs besoins spécifiques.
Cet aperçu donne un aperçu du monde diversifié des techniques de croissance cristalline. L'évolution constante de ce domaine promet à l'avenir des techniques encore plus innovantes et avancées.
