УДК 541.67:546.171.8:537.226:537.634
НЕКОТОРЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
КРИСТАЛЛОВ АЗИДА СЕРЕБРА
Кафедра химии твердого тела
ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет»
specproc@kemsu.ru
Данная работа посвящена исследованию влияния постоянного магнитного поля (МП) на некоторые физико-химические свойства (электрическое сопротивление, реакционная способность) кристаллов азида серебра, выращенных различными способами.
Практическая значимость подобных исследований очевидна, поскольку полученные результаты моделируют реальные условия хранения и эксплуатации высокочувствительных материалов, являющихся модельными объектами химии твердого тела.
В настоящей работе использовали кристаллы азида серебра, выращенные обычным способом (т. е. методом медленного испарения из раствора аммиака [1]) и в однородном МП. Для проведения исследований образцы готовили в планарном варианте геометрии: на предварительно обезжиренную этиловым спиртом слюдяную подложку кристаллы наклеивали за оба конца клеем БФ–6. Для инициирования реакции разложения использовали слабые МП напряженностью Н=0,5 ¸ 500 Э (В=5·10-5¸ 5·10-2 Тл), которые создавали с помощью постоянных магнитов. Индукцию МП контролировали с помощью миллитесламетра. Приготовленные образцы помещали между полюсами постоянных магнитов в специальной заземленной ячейке, изготовленной из латуни, таким образом, чтобы вектор напряженности МП совпадал с кристаллографическими направлениями [100] либо [010]. Анализ газообразных продуктов разложения исследовали методом Хилла, который заключается в том, что обработанный полем кристалл растворяли в 0,38 N водном растворе тиосульфата натрия через определенный интервал времени ∆τ. Процесс растворения наблюдали под микроскопом. Измеряли суммарный объем V пузырьков газа, выделяющихся с рабочей грани кристалла в растворитель, отнесенный к площади S этой поверхности.
Получены экспериментальные зависимости количества выделившегося газа от напряженности постоянного МП в кристаллах азида серебра, выращенных различными способами при разных временах обработки (время до растворения кристаллов после воздействия - одинаково и соответствует 1 минуте). При этом использовали кристаллы, хранившиеся не более одного месяца. Вектор напряженности МП совпадал с кристаллографическим направлением [100]. Во всех случаях, не зависимо от времени воздействия, максимум газовыделения для кристаллов, выращенных обычным способом, приходится на напряженность МП Н=50 Э, но количество выделившегося газа с увеличением времени воздействия МП незначительно увеличивается. Что касается кристаллов, выращенных в МП, то газовыделения не наблюдается ни при одном из значений выбранного интервала напряженности МП.
В следующей серии экспериментов кристаллы обрабатывали МП, вектор напряженности которого совпадал с кристаллографическим направлением [010]. Следует отметить, что в этом случае газовыделение наблюдали с грани (010) с заметно большей интенсивностью, чем в выше описанном эксперименте, но при той, же напряженности МП Н=50 Э. Из полученных результатов следует, что разные грани кристаллов азида серебра обладают не одинаковой реакционной способностью. Что касается кристаллов, выращенных в МП, то газовыделения с грани (010) не наблюдается.
Кристаллы, которые хранили после получения более 6 месяцев, имеют следующие особенности, а именно разложение в слабых магнитных полях указанного диапазона обнаруживают кристаллы, выращенные как в МП, так и обычные, но более интенсивно подвержены разложению в этом случае кристаллы, выращенные в МП. В то же время обычные кристаллы, проявляющие высокую способность к разложению в течение длительного времени, утрачивают свои свойства после 6 месяцев хранения, т. е. за это время они разлагаются в катионной подрешетке (что видно по почернению поверхности) и в большей степени подвержены взрывному разложению, чем медленному.
Также были получены экспериментальные зависимости количества выделившегося газа от напряженности постоянного МП для различных граней кристаллов азида серебра, выращенных в МП и хранившихся 1 год. Следует отметить, что в этом случае количество выделившегося газа практически не зависит от напряженности МП, а определяется лишь природой самих граней кристалла.
Сравнивая результаты, полученные для разных граней кристаллов азида серебра, хранившихся разное время, можно сделать вывод о том, что после одного года хранения кристаллы, выращенные обычным способом, полностью утрачивают свои свойства, в то время как кристаллы, выращенные в МП по-прежнему подвержены разложению.
Были измерены электрические сопротивления и магнитосопротивления кристаллов азида серебра, выращенных различными методами. Для этого использовали специальную ячейку, в которой кристалл с напыленными серебряными контактами помещается под металлический корпус, где создается вакуум. Корпус ячейки находится между полюсами регулируемого электромагнита. Значение индукции МП между полюсами электромагнита измеряли миллитесламетром.
При этом отмечены следующие особенности: удельное сопротивление кристаллов без воздействия МП ρ=6,4·109 Ом·м; удельное сопротивление кристаллов, выращенных в однородном МП меньше по значению, чем обычных кристаллов азида серебра более чем в 2 раза); удельное электрическое сопротивления кристаллов азида серебра, выращенных в МП не меняется при дальнейшей обработке в МП и равно ρ=2,8·109 Ом·м. В то время как удельное сопротивление обычных кристаллов имеет характерный профиль, а именно сначала отмечается уменьшение сопротивления, после чего увеличивается до начального значения.
Указанные особенности сопротивления образцов, возможно, связаны с различием в дефектной структуре кристаллов азида серебра, выращенных обычным способом и в МП. В кристаллах, выращенных обычным способом краевые дислокации выходят с грани кристалла под действием МП за время порядка одной минуты, что соответствует минимальным значениям удельного сопротивления (что согласуется с ранее определенной подвижностью дислокаций в поперечном направлении. 3,5×10 -4см2/В×с), после чего происходит деформация (которая обнаруживается по изменению размера образца) и образуются новые дислокации в прежнем количестве, а удельное сопротивление увеличивается до первоначального значения. Предварительные эксперименты по измерению сопротивления кристаллов азида серебра, выращенных в МП и хранящихся более 6 месяцев, показали, что сопротивление уменьшается примерно на порядок. Что касается обычных кристаллов, то сопротивление их также уменьшается примерно на такую же величину.
Таким образом, были установлены и стабилизированы основные факторы, влияющие на стабильность к действию слабого МП кристаллов азида серебра, выращенных в обычных условиях и в однородном МП: соответствие времени воздействия и величины напряженности МП; расположение кристаллов относительно линий напряженности МП.
Из полученных результатов можно заключить, что для кристаллов азида серебра, хранящихся длительное время, в целях предотвращения их интенсивного старения необходима магнитная защита.
Литература
1. Иванов, Ф. И. О выращивании нитевидных кристаллов азидов серебра и свинца / , , // Кристаллография. – 1983. – Т. 28. – № 1. – С. 194-196.
Научный руководитель – к. ф.-м. н., доцент
