УДК 541.67:546.171.8:537.226:537.634
Дислокационная структура и разложение кристаллов азида серебра, выращенных различными способами
,
Кафедра химии твердого тела,
ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет»
*****@***ru
Азиды тяжелых металлов (АТМ) являются неустойчивыми соединениями, особенность которых состоит в том, что при внешних воздействиях различной природы, процессы старения могут значительно ускоряться, следствием чего является отказ работы изделия. Известно, что реакционная способность АТМ обусловлена присутствием в них дефектов (примесь, дислокации) [1]. Также ранее был предложен метод управления дефектной структурой в процессе роста кристаллов солей серебра, а именно – выращивание в постоянном магнитном поле. В этом случае получали бездислокационные кристаллы азида серебра с минимальным содержанием примеси; такие кристаллы являются химически инертными к внешним воздействиям [2].
Целью настоящей работы является исследование дислокационной структуры и разложения кристаллов азида серебра, выращенных различными способами, при инициировании контактным электрическим полем и УФ-облучением (внешнее газовыделение, пост-процессы,). Эффекты исследовались на кристаллах, хранящихся различное время после выращивания.
В качестве объектов исследования использовали нитевидные кристаллы азида серебра, выращенные по известной методике [3] без наложения магнитного поля и в однородном магнитном поле. Для проведения исследований образцы готовили в планарном варианте геометрии: на предварительно обезжиренную этиловым спиртом слюдяную подложку кристаллы наклеивали за оба конца клеем
БФ–6. Инициирование реакции разложения проводили следующим образом: воздействовали на приготовленный образец контактным электрическим полем напряженностью 300 В/мм (в качестве контактов использовали галлий) в течение 5 минут либо УФ излучением, в области собственного поглощения (365 нм,
1,924∙1015 квант/см2∙с) в течении 30 с (в качестве источника использовали лампу
ДРШ-100). Продукты разложения в анионной подрешетке, выделяющиеся при реакции медленного разложения, фиксировали по методу внешнего газовыделения (наблюдение выделяющихся пузырьков газа с кристалла, покрытого слоем вазелинового масла, под микроскопом во время какого либо воздействия) и по методу Хилла (образец через определённое время после воздействия помещался в кювету с водным раствором тиосульфата натрия). Процесс выделение газа наблюдали с помощью микроскопа в проходящем красном свете, при этом фиксировали диаметр и пространственные координаты пузырьков газообразного продукта - азота. Для уменьшения статистического разброса объём удержанного газа относили к площади поверхности, с которой он выделился, либо определяли скорость газовыделения. Для исследования дислокационной структуры применяли метод ямок травления. Контрастные ямки травления получались при травлении кристаллов AgN3 в 10 % водном растворе тиосульфата натрия. Приклеенный за оба конца кристалл опускали в раствор Na2S2O3 на 5 – 7 секунд, затем промывали в дистиллированной воде и наблюдали ямки травления под микроскопом. Плотность дислокаций изменяли с помощью механического воздействия (индентора из вольфрама (радиус закругления
10 мкм, локальное давление 5×105 Н/м2), который выставляли на образец в течение нескольких секунд), а также магнитного поля, которое создавали с помощью постоянных магнитов (до 0,3 Тл).
Были проведены исследования дислокационной структуры кристаллов, выращенных различными способами. Для кристаллов, выращенных обычным способом, количество ямок травления примерно 5 штук на поверхности (010), расположенных на расстоянии 200 мкм друг от друга. Что касается свежевыращенных кристаллов в однородном магнитном поле, то ямки травления в них не обнаружены (варьировали концентрацию растворителя и время растворения, увеличение микроскопа). В следующей серии экспериментов наводили дислокации на грани (010) с помощью деформации изгиба, после чего кристаллы хранили 2 месяца, затем травили. Полученные ямки травления имели форму четырехугольника, нежели те, которые не хранились после деформирования и имели форму треугольника. Следует отметить, что дислокации, в кристаллах, приготовленных выше описанным способом, не являются чувствительными к действию магнитного поля. Это подтверждается с помощью ямок травления, которые не смещаются. А также с помощью метода Хилла, а именно после инициирования реакции разложения УФ светом такие кристаллы разлагаются в анионной подрешетке, что доказывает присутствие в них дислокаций. При исследовании поверхности (010) кристаллов азида серебра, деформированных с помощью индентора и хранившихся в течение 2 месяцев, обнаружены ямки травления, имеющие также форму четырехугольника и их количество на рабочей гране увеличивается примерно в 2 раза. В этом случае ямки травления также не смещаются в магнитном поле. Таким образом, установлено, что длительное хранение предварительно деформированных кристаллов азида серебра приводит к старению дислокаций. Возможно, причиной данного эффекта являются примеси (наличие которых подтверждено с помощью рентгенофлюаресцентного анализа) и другие точечные дефекты, имеющие положительный заряд и взаимодействующие (упруго или электростатически) с уже веденными отрицательно заряженными дислокациями длительное время. Что приводит к особому режиму, при котором движение дислокаций отсутствует в случае статической нагрузки в бесконтактном электрическом поле и в постоянном магнитном поле. Были проведены исследования пост–процессов разложения кристаллов азида серебра, выращенных разными способами, в зависимости от времени их хранения. При этом были исследованы свежевыращенные кристаллы, а также хранившиеся после выращивания 1 и 6 месяцев. Ранее проведенные исследования медленного разложения кристаллов азида серебра, инициированного действием постоянного электрического поля, показали, что реакция в анионной подрешетке при снятии напряжения, подаваемого на кристалл, наблюдается в течение 20÷25 минут и имеет колебательный характер [1]. Но экспериментальные результаты, представленные в монографии [1], получены на свежевыращенных кристаллах азида серебра с определенно заданной дислокационной структурой (плотность дислокаций 5×103 см2). Что касается кристаллов с предварительно введенными дислокациями и хранившихся длительное время, то следует отметить следующие особенности в разложении данных материалов: пост-процессы разложения кристаллов, выращенных без наложения магнитного поля отличаются от свежевыращенных по количеству выделившегося газа (максимальная интенсивность газовыделения меньше почти в 2 раза), но заметно интенсивное почернение поверхностей кристалла, что связано с выходом катионов серебра на поверхность. Для кристаллов, выращенных при наложении однородного магнитного поля, наблюдается незначительное газовыделение. В то время как свежевыращенные кристаллы в однородном магнитном поле являются стабильными при различных энергетических воздействиях.
Литература
1. Захаров, разложение азидов серебра свинца / , – Томск: Изд-во НТЛ, 2006. – 168 с.
2. Кузьмина, -химические свойства кристаллов азида серебра, выращенные в постоянном магнитном поле / , , // Материаловедение. – 2005. - № 11. – С. 17-21.
3. 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
