Ю.Д. Третьяков - Микро- и наномир современных материалов (975562), страница 7
Текст из файла (страница 7)
На поверхности видны квадратные и палочкообразныекристаллы BaCuO2, эпитаксиально (ориентированно) выросшие на поверхностибольшого кристалла YBa2Cu3O7. BaCuO2 являлся компонентом тонкой пленкиматочного расплава, смачивавшей кристалл иттрий-бариевого купрата привысокой температуре во время его роста, которая превратилась в смесь твердыхфаз при затвердевании во время понижения температуры. Справа внизу нафотографии отчетливо видны эшелоны ступеней роста, свидетельствующие опослойном росте кристалла в условиях достаточно низкого пересыщения.40Наличие овальных впадин свидетельствует о «голодании» кристалла (недостаткеростового вещества) во время роста.
Наличие продольных трещин – результаттермического шока при быстрой закалке кристалла после стадии роста. Впринципе, ростовая морфология кристаллов сугубо индивидуальна и, как поотпечаткам пальцах на месте преступления, во многих случаях практическиполностью позволяет реконструировать предысторию получения кристалла.Самый крупный в мире кристалл ВТСПнеодим-бариевых купратов (2 см), полученныймодифицированным методом Чохральского.(SRL ISTEC, Япония)41«Правый переворот». Графоэпитаксия: «умные затравки» (оптическаямикроскопия, металлографический микроскоп Eclipse 600pol (Nikon), Япония).Впервые удалось использовать графотекстурирование для современныхмногокомпонентных функциональных материалов (высокотемпературныхсверхпроводников). Изображен рост кристаллитов иттрий-бариевого купратаYBa2Cu3O7 на поверхности палладий-серебрянного сплава (желтый фон, виднызерна металлического сплава) при медленном охлаждении. Кристаллы повторяютконтуры поверхностной структуры, полученной трафаретной печатью(нанесением рисунка через трафарет).
На фотографии показан верхний левыйугол рисунка, представлявшего собой систему вложенных друг в друга квадратов.Образование самих сверхпроводящих кристаллов происходило за счетхимического взаимодействия керамических «чернил» рисунка (порошка фазыY2BaCuO5 с органическим клеем) c высокотемпературным эвтектическимрасплавом состава “Ba3Cu5O8”, которым пропитывали рисунок (поверхностнуюструктуру) при температуре 970-9900С. Название «умные затравки» объясняетсятем, что кристаллы сами образовывались в уже нужной ориентации, заранеезаданной за счет симметрии рисунка при геометрически – ограниченном ростекристаллитов в «жилках».42«Морозныеузоры».Характернаямикроструктуразатвердевшегоэвтектического купратного расплава («морозные узоры»), на поверхностикоторого плавал пластинчатый кристаллит сверхпроводящего иттрий-бариевогокупрата YBa2Cu3Oz (в центре) (оптическая микроскопия в поляризованном свете,металлографический микроскоп Eclipse 600pol (Nikon), Япония).
Вверху, внизу и вцентре – стенки из сплава серебро-палладий, выступающие над поверхностьюрасплава (вид сверху), которые составляли часть поверхностного рельефа гибкойметаллической ленты, на которой производилась кристаллизация. Выступающиечасти стенок окружены мениском, возникающим из-за смачивания материалаленты купратным расплавом. Соответственно, «вогнутость» поверхностирасплава около элементов искусственного рельефа становится очевидной из-задекорирования соответствующего участка на микрофотографии ламелькамизатвердевших компонентов расплава (смесь BaCuO2 и CuO). Приграфотекстурировании необходима подвижная среда, в которой растущиекристаллиты могут перемещаться, вращаться и тем самым «подстраивать» своюориентацию в соответствии с расположением элементов искусственного рельефа.«Графокристаллическое дерево».
Графоэпитаксия: «дерево кристаллитов»,образовавшееся за счет последовательного разрастания исходного кристалла(внизу) через элементы искусственного рельефа поверхности (стенки канавокразмером 0.1 мм на поверхности ленты из сплава серебро-палладий,формирующие полосчатый рельеф, вид сверху) (оптическая микроскопия,металлографический микроскоп Eclipse 600pol (Nikon), Япония). Проникновениекристаллитов в соседние канавки снизу вверх вызвано тем, что при температурах43920-9300С, которые применялись для кристаллизации, в металлическом сплавеуже появляются следы эвтектической жидкой фазы, которые приводят кзернограничному «подплавлению» сплава и формированию микрозазоров встенках искусственного рельефа поверхности.
Результирующая структура –«дерево» сросшихся сверхпроводящих кристаллитов фазы YBa2Cu3O7 интереснатем, что достигается совершенная взаимная ориентация составляющих «дерево»кристаллитов, что является жизненно-важным для сверхпроводящих материалов.«Тесное соседство». Поверхностный рельеф как «геометрическое поле»,управляющееростомкристаллитов(оптическаямикроскопиявполяризованном свете (металлографический микроскоп Eclipse 600pol (Nikon),Япония). Изображенные на картинке кристаллы представляют собойсверхпроводящий купрат иттрия и бария YBa2Cu3O7, находящийся на подложке изсплава серебро-палладий, которая обладает определенной структурой – рельефомповерхности. Происхождение полос на поверхности кристаллов связано сформированием двойниковых дефектов, которые возникают в ферроэлластикеYBa2Cu3O7 из-за нестехиометричности сверхпроводящего купрата по кислороду ипоявляются в результате фазового перехода 2 рода типа «порядок-беспорядок»при окислении кристаллов.
Сам внешний вид кристаллов говорит о многом –наличие двойниковых дефектов подтверждает, что кристаллы прошли стадиюокисления и обладают сверхпроводящими свойствами, а также то, что ониориентированы совершенно определенным образом – с осью «с», направленнойстрого вверх, и осями «a» и «b», расположенными параллельно соответствующим44граням кристалла. Именно такое, достигнутое искусственно (за счет полосчатогорельефа поверхности), расположение кристаллов наиболее выгодно с точкизрения реализации транспортных сверхпроводящих характеристик, посколькуВТСП фазы обладают высокой кристаллографической анизотропией свойств.Кристаллы окружены дисперсными зелеными частицами; это обычный цвет фазыY2BaCuO5, являющейся полупродуктом при кристаллизации сверхпроводящейфазы из расплава за счет перитектической реакции – одного из механизмовобразования крупнокристаллических многокомпонентных материалов.Самопроизвольноетекстурирование висмут- содержащихВТСПнаповерхностисеребряных цилиндров.
Левыйцилиндр не имел искусственногорельефа и не покрыт слоемсверхпроводника.Правыйцилиндр имел двустороннийрельеф и поэтому покрыткрупнокристаллической ВТСПпленкойсвинтообразнойтекстурой с обеих сторон.45Рисунок из «молекул жизни»*Органо - неорганические гибридныематериалыобладаютнеобычнымихимическими и физическими свойствами,принципиальноважнымидляконструированиябиоимплантантов,биосенсоров и лекарственных препаратовпролонгированного действия.тестирования,скрининга,созданияхиральных меток и специфических кантителам рецепторов, установления связиструктура - функция.Большаябиологическаяважность,хиральность и амфифильность в сочетании снизкиммолекулярнымвесомиотносительнойпростотоймолекулярнойструктуры делают аминокислоты одним изнаиболее подходящих модельных объектов,являющихся типичными представителямиприродных биологически-активных веществ,структурными единицами ДНК и белков.Таким образом, изучение кристаллизационных свойств аминокислот может датьзначительную информацию о взаимодействиях более крупных биомолекул.Средимножествафакторов,управляющих кристаллизацей биомолекул, таких как температура, тип растворителя,пересыщение раствора и присутствие добавок– искусственный рельеф может играть оченьважную роль, внося изменения в кинетикукристаллизации, морфологию кристаллов иполиморфизм, однако эти эффекты остаютсямалоизученными.
Элементы микрорельефасущественно влияют на кристаллизациюаминокислот. Симметричный полосчатыйрельеф выстраивает кристаллы аминокислотвдольстенокканавок,тогдакакасимметрическийспиральныйрельефвызывает изменения в габитусе кристаллов.Оптические изомеры - хиральные,лево- и правовращающие молекулы,являющиеся зеркальным отражением друг друга.Особыйинтересуделяетсянаноструктурированию и предпочтительнойиммобилизации биологических молекул наразличных поверхностях для создания новых«умных» устройств, которые могут бытьиспользованыдляклиническогоОстровковый (слева) и спиралевидный (справа) механизмы роста гранейкристалла. Для реализации второго, более быстрого, механизма требуетсяналичие дефектов (винтовых дислокаций), которые, в частности, образуютсяпри механической деформации кристалла, в том числе, и при встречерастущего кристалла с препятствием.46Различия в морфологии кристаллитов аминокислот, растущих накремниевых подложках с симметричным (полосчатым, слева) иасимметричным(спиралевидным,хиральным,справа)рельефомповерхности.
Только во втором случае образуется ростовая спираль.Типичным для аминокислот являетсяростовоймеханизм«зародыш-надзародышем»(островковыйрост).Вприсутствии спирального рельефа механизмроста может меняться и грани растут помеханизму спирального роста, приводящего кболее быстрому образованию кристаллов.кристаллов и взаимодействия кристаллитов,растущихвансамбле,искусственноограниченном в своем росте.Е.А.Гудилин, А.В.ГригорьеваФото: Е.А.ГудилинЛитератураПониманиевозможныхмеханизмовформирования наблюдаемых форм ростаможет быть достигнуто с учетомспецифическихизменений,вызванныхприсутствием искусственного рельефа и еговлияния на элементарные акты зародышеобразования,ростаиндивидуальныхA.V.Grigorieva,E.A.Goodilin,E.I.Givargizov, Y.D.Tretyakov, Crystallizationof aminoacids on substrates with superficialchiral reliefs, Mend.
Commun., n.4, 2004, pp.150-153.* финалист IV Всероссийского конкурса «Наука-Обществу 2005»,специальная премия Министерства науки и образования РФ за лучшуюнаучно-популярную фотографию47«Медуза». Капля водного раствора аминокислоты L-валина, обладающаяанизотропной формой после напыления «росы» на кремниевую подложку схиральным (асимметричным) рельефом поверхности (размер поверхностныхспиралей, полученных фотолитографией и создающих «жидкостные щупальца»«медузы», составляет 5 микрон в ширину и около 1 микрона в высоту).(оптическая микроскопия в конфигурации «на отражение», Ломо - Метам РВ21,Россия). Наблюдение анизотропной смачиваемости поверхности присуществовании поверхностного рельефа.«Колыбель новорожденного кристалла».
Взаимодействие растущегозародышевого кристалла аминокислоты L-валина с хиральным(несимметричным, спиралевидным) поверхностным рельефом (оптическаямикроскопия в конфигурации «на отражение» в поляризованном свете,микроскоп Ломо - Метам РВ21, Россия). Физический контакт кристалла светвями двух рельефных спиралей, составляющих часть поверхностного рельефакремниевой пластинки-подложки, приводит к деформации «зажатого кристалла»,48возникновению механических напряжений и, как следствие, к генерации новогоростового слоя, который виден справа на поверхности кристалла около точки егоконтакта со спиралью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
