بخشی از مقاله
چکیده
بلور ADP با استفاده از روش رشد از محلول در دماي پایین رشد داده شد. تاثیر pH هاي مختلف محلول نسبت به سرعت رشد با استفاده از روش اپتیکی مورد بررسی قرار گرفت. همچنین به کمک طیف اشعه ایکس - XRD - ، ساختار بلورهاي رشد یافته بررسی گردید.
مقدمه
آمونیوم دي هیدروژن فسفات به فرمول شیمیاییNH4H2PO4 ، به ADP معروف است . بلور اپتیکی غیر خطی ADP در تکنولوژي لیزر طول موج کوتاه و در وسایل و قطعات الکترواپتیکی ، تبدیل فرکانس تابش همدوس لیزرهاي پیکو ثانیه توان بالا ، نوسان سازهاي اپتیکی در ناحیه طیفی مادون قرمز و موجبرهاي اپتیکی استفاده می شود. همچنین این بلور به طور وسیعی در کروماتورهاي X-RAY بکار برده می شود. به خاطر خاصیت هاي خوب پیزوالکتریک و اپتیک غیر خطی بسیار مورد توجه مباحث تئوري و کاربردهاي تجاري قرار گرفته است. ADP به خانواده بزرگی از ترکیباتی با فرمول شیمیایی MH2XPO4تعلق دارد که M=K,Rb,Cs,NH4 ویا ترکیباتی از این عناصر است و H = H,D و X = P , As می باشد.[1] این بلور یک آنتی فرو الکتریک در دماي کوري Tc=148K است و در دماي پایین تر از این دما ساختار ارتورومبیک با تقارن نقطه اي mm به خود می گیرد.
تعیین نرخ رشد به روش نوري
در این روش از تداخل پلاریزاسیون لیزري استفاده شد.[2] این روش به دلیل عدم تاثیر پذیري از ارتعاشات خارجی ، ویژگی هاي محلول و صرفا به علت وابستگی آثار مشاهده شده به پدیده رشدي که در محل فصل مشترك بلور-محلول روي می دهد موردتوجه می باشد. دستگاه نوري مورد استفاده در شکل - - 1 نشان داده شده است. وقتی پرتو نور لیزر پلاریزه شده با طول موج λ از یک بلور با ضخامت d و دوشکستی n در جهت مورد نظر عبورنماید ، اختلاف فاز بین امواج نور پلاریزه در دو جهت مجاز برابر است با :اگر پرتو نور تک رنگی از دو پلاریزور و بلور مابین آنها عبورنماید شدت نسبی برابر است با:[4]
θ زاویه بین دو پلاریزور است که دومی را آنالیزور می نامند و زاویه بین پلاریزور و یکی از جهت هاي اصلی بلور می باشد که پرتو نور از آن عبور می کند. I0 شدت نور فرودي و I شدت نورپس از عبور از آنالیزور می باشد. براي وجه منشوري - 100 - ، θ=90 و α=45 است و رابطه - 6 - به صورت زیر ساده می شود:
و براي وجه هرمی - 101 - ، θ=90 و α مقدار ثابتی دارد که به جهت - 101 - و پلاریزاسیون پرتو فرودي بستگی دارد و رابطه - 6 - به صورت زیر ساده می شود:
روابط - 7 - و - 8 - نشان می دهند که وقتی ضخامت d بلور تغییر می کند شدت نور خروجی به صورت تناوبی تغییر خواهد کرد.یک دوره کامل شدت برحسب زمان Δτبا تغییر در ضخامت بلور
به اندازه n λ/ متناسب است. پس نرخ رشد یک وجه برابر است با: - 9 -
فرآیند رشد بلور
این فرآیند از چند بخش شامل تهیه محلول ، تهیه بلور دانه و رشد بلور اصلی تشکیل می گردد. براي تهیه محلول ADPبر طبق جدول [5] - 1 - ، مقدار 124/8 گرم پودر ADP - مرك آلمان - را با ترازوي دیجیتالی با حساسیت 0/01 گرم وزن نموده ودر 300 سی سی آب دو بار تقطیر به کمک گرم کن – همزنمغناطیسی قابل کنترل حل می گردد. دما تا 75 درجه سانتی گرادبالا برده می شود. دماي بالا و چرخش کپسول مغناطیس درون آن ،باعث افزایش سرعت حل شدن و بهتر حل شدن پودر می شود.بعد از حل شدن به طور کامل ، محلول توسط دستگاه فیلتر در خلاصاف می شود. این کار براي جدا کردن آلودگی ها و همچنین ریزبلور هاي موجود در محلول می باشد.
در این دستگاه محلول ازمیان یک فیلتر سرامیکی که روي آن یک فیلتر غشایی به قطر منفذ0/45 میکرومتر قرار دارد عبور می نماید. پس از ریختن محلول به درون محفظه رشد دما روي 55 درجه سانتی گراد براي چند ساعت ثابت نگه داشته می شود تا تعادل گرمایی بین حمام ومحفظه رشد برقرار شود.بلور دانه به صورت خود به خودي و از طریق کاهش تدریجی دما و در فرآیندي جداگانه تهیه می گردد. کاهش تدریجی دما سر انجام منجر به ظاهر شدن بلور دانه هاي کوچکی در ظرف می گردد که از میان آنها بلور دانه هایی که شفاف تر هستند براي رشدبلور ADP اصلی انتخاب می شوند.
قسمت شفاف بلور دانه را توسط دستگاه برش جدا نموده و سپس بلور دانه برش خورده توسط سنباده نرم که با آب دوبار تقطیر مرطوب شده است جلا داده و به اندازه دلخواه تبدیل می شود.پس از اطمینان از اینکه تعادل گرمایی بین حمام و محفظه رشد برقرار شده ، دماي حمام را توسط سیستم کنترل کننده حرارتی بانرخ 10C/h کاهش داده می شود. هنگامی که محلول به نقطه اشباعخود رسید ، بلور دانه را توسط نخ نایلونی در داخل محلول آویزاننموده و روي بشر را با سلفون پوشانده می شود تا آلودگی وارد محلول نشود. از این پس دماي حمام با نرخ 0/25 0C/h کاهش
داده می شود تا بلور وارد مرحله رشد شود. پس از یک هفته بلورADP به اندازه دلخواه رسید.
آزمایش اشعه ایکس بر روي بلور رشد یافته نشان داد که ساختار آن تتراگونال با ثابت هاي شبکه اي a = 7/499 و b = 7/499 وc = 7/548 است . ثابتهاي شبکه و زوایاي 2θ که پیک در آنمشاهده می شود با نتایج تجربی تطبیق خوبی دارد.[3] طیفپودري اشعه ایکس بلور ADP در شکل - 2 - نشان داده شده است.رشد بلور ADP در سه pH مختلفبراي بررسی اثر pH، سه محلول با pHهاي 3/5 ، 4/2 و 4/7در سه بشر 300سی سی تهیه شد. محلول نرمال داراي pH، 4/2بود. براي تهیه محلول با pH پایین به آن اسید فسفریک و برايتهیه محلول با pH بالا به آن هیدروکسید سدیم افزوده شد. سه بلور دانه با ابعاد تقریبا یکسان را تهیه و هر کدام در یکی از محلول ها قرار داده شد. هر سه بشر را با استفاده از یک صفحه فلزي شامل سه سوراخ به قطر کمی کوچکتر از قطر دهانه بشر ، در داخل حمام قرار گرفتند. ابتدا براي مدت 5 ساعت دما روي 55درجه سانتی گراد ثابت نگه داشته شد تا محلول به تعادل برسد .
سپس دما به تدریج کاهش داده شد تا شرایط اشباع فراهم شود.براي اطمینان از اشباع بودن محلول از بلور آزمون استفاده گردید.بشر حاوي محلول با pH نرمال در دماي 400 C به اشباع رسید ،در حالیکه دو محلول دیگر هنوز به اشباع نرسیده بودند. بلور دانه اي که قبل تهیه شده بود را داخل محلول نرمال قرار داده تا شروعبه رشد کند. وقتی دما به 340 C رسید محلول با pH پایین به اشباع رسید و بلور دانه اي در این محلول قرار داده شد. محلول با pH بالاتر در دماي 25 به اشباع رسید که بلور دانه بعدي نیز در آن محلول فرار داده شد. مشاهده می شود با تغییر pH از مقدارنرمال ، دماي اشباع نیز کاهش می یابد و فرقی نمی کند که pH محلول افزایش یا کاهش یافته باشد. پس از گذشت تقریبا یکهفته بلور ها از محلول بیرون آورده شد که در شکل - 3 - این بلورها نشان داده شده است.
روش تجربی اندازه گیري نرخ رشد
براي اندازه گیري نرخ رشد بلور ابتدا مجموعه دستگاه نوري مرتب می گرددکه شامل یک لیزر هلیوم – نئون با طول موج0/6328 میکرو متر، دو پلاریزور عمود بر هم، عدسی همگرا، منبع تغذیه، مقاومت و دیود نوري است. نور ابتدا از پلاریزور و سپس از وجه مورد نظر و آنگاه از آنالیزور - پلاریزور دوم - عبور کرده و سپس با عبور از یک عدسی همگرا به فاصله کانونی 150mm به یک دیود نوري که بر روي یک تخته الکتریکی متصل است تابانده می شود. این دیود نوري با یک منبع تغذیه 10 ولتی و یک مقاومت 10 کیلو اهمی بصورت سري و با یک ولت متر بصورت موازي وصل است.براي محاسبه نرخ رشد ، پس از گذشت چندروز از شروع رشد ، طی مدت 5 ساعت با نرخ کاهش دماي 30 C/Day ، ولتاژهاي بدست آمده از هر کدام از بلورها رایادداشت نموده و نمودارهاي هریک برحسب زمان رسم گردیدنمودارهاي ولتاژ – زمان وجوه [100] و [101] بلور در حال رشدADP با مقادیر pH مختلف در شکل هاي - 4 - ، - 5 - و - 6 - نشان داده شده است.
