بخشی از مقاله
چکیده
در تحقیق حاضر بلور KDP از محلول آبی رشد داده شد. دوره برقراري این بلور که زمان بین تهیه محلول اشباع و شکل گیري اولین هسته بلوري در اثر ایجاد حالت ابر اشباع محلول است با استفاده از روش هدایت سنجی تعیین گردید. این مدت بطور تقریبی برابر با 0/5 ثانیه محاسبه گردید.
مقدمه
اتم هاي هیدروژن، فسفر، پتاسیم و اکسیژن تشکیل مولکولPO را می دهند که آن را KDP نیز می نامند. این ماده محلول در آب بوده و داراي ضریب حرارتی مثبت می باشد. یعنی با افزایش حرارت حلالیت آن افزایش می یابد. این بلور در دماي اتاق خاصیت پیزو الکتریک از خود نشان می دهد ولی فروالکتریک نمی باشد. هرگاه دما به زیر دماي کوري - 123 K - کاهش داده شود بلور به فاز فروالکتریک تغییر می یابد. در این دما ساختار آن اورترومبیک است. خاصیت اپتیک غیر خطی بلورKDP به طور گسترده اي در کاربردهاي اپتیکی مهم مورداستفاده قرار می گیرد.[1]از کاربردهاي گسترده این بلور در زمینه هاي مختلف می توان بهخاصیت پیزوالکتریک براي شناسایی موقعیت زیر دریایی ها اشارهکرد.[2]
خاصیت اپتیک غیر خطی بلور KDP همراه با لیزرهاي Q-Switched جهت لیزر توان بالا استفاده می شود.[3]از بین روش هاي موجود جهت رشد بلور، در تحقیق حاضر ازروش رشد از محلول در دماي پایین استفاده شد. یکی از محاسن این روش نزدیک بودن دماي رشد به دماي محیط است که باعث می شود تجهیزات دستگاه ساده تر شده و نیز امکان ایجاد شوك حرارتی با حذف دستگاه کاهش یابد. علاوه بر این در این روش با تغییر شرایط رشد یا تغییر حلال می توان انواع شکل هاي یک ماده را بدست آورد. از کاستیهاي این روش سرعت کم رشد بلوراست که با تحت کنترل درآوردن شرایط رشد میزان ناخالصی موجود در حلال به کمترین مقدار کاهش یافته و کیفیت بالاي بلور رشد یافته می تواند عیب طولانی بودن مدت رشد را جبرانکند.
روش هاي رشد بلور از محلول در دماي پایین عبارتند ازروش تبخیر، روش کاهش دمایی، روش گرادیان گرماییدر.[4]تحقیق حاضر روش اول مورد استفاده قرار گرفت.دوره برقراري مد ت زمانی است که طول می کشد تا اولین هست در یک محلول ابر اشباع ظاهر شود. با توجه به حلالیت پذیري مواد می توان روش مناسب قابل دسترسی براي تعیین دورهبرقراري را انتخاب کرد. به عبارت دیگر یک دوره از زمان که معمولا بین دستیابی به ابر اشباع یا فوق انجماد و پیدایش اولینهسته بلوري در سیستم معین طول می کشد را دوره برقراري مینامند. تعیین دوره برقراري در محلول به انتخاب روش مناسب قابل ارزیابی وابسته است که این روش ها عبارت اند از: روشرسانایی، روش تیرگی - کدرسنجی - ، روش مشاهده مستقیم وروش اندازه گیري تاخیري .[5]
در روش هدایت سنجی، رسانایی محلول اندازه گیري می شود،از این رو است که به آن هدایت سنجی می گویند. هنگامی کهمحلول اشباع یک ماده در یک حلال تهیه میگردد، با گذشت زمانو ورود سیستم محلول به حالت ابراشباع، پیوندهاي اولیه بینعناصر ماده رشد ایجاد می گردد. تشکیل نطفه embryo - اولیه - که سپس به خوشه - cluster - تبدیل می گردد رویداد اولیهمحسوب می شود. آنگاه این خوشه بزرگتر شده تا آنکه هستهبلوري شکل می گیرد. از آنجائیکه با تشکیل اولین هسته بلوريتغییري در رسانایی محلول نسبت به رسانایی آن پیش از تشکیل هسته متفاوت می باشد، اندازه گیري این زمان می تواند کمک به پیش بینی تشکیل هسته تحت شرایط ابراشباعی خاصی را به همراه داشته باشد. با اندازه گیري رسانایی محلول به محض تهیهمحلول اشباع رسم نمودارهاي مربوطه، در اولین قسمت به نظرمیرسد که رسانایی محلول نسبت به زمان ثابت می ماند و بلور نیز رسوب نمی کند.
در زمان هاي طولانی تر به مشاهده می شودکه گاهی اوقات ثابت است و سپس کاهش می یابد. این کاهش رسانایی به علت تشکیل رسوب است که غلظت محلول را کاهشمی دهد. اولین مقدار ثابت می تواند به عنوان دوره برقراري ثبتشود.وقتی یک مذاب به آرامی سرد می شود، دما به تدریج کاهش مییابد تا اینکه به نقطه ذوب می رسیم. سرمایش بیشتر موجبابر سرد شدن - super-cooling - با دماي تقریبا ثابت می شود.معمولا یک میزان ابرسرد شدن معین باید قبل از اینکه تغییرفازاتفاق افتد، انجام شود. در این حالت، یکدر موقعیت کم ثباتدماي زیاد زیر نقطه ذوب ایجاد می شود، زیرا سرعت هسته زاییخود به خود، بسیار کم یا حتی قابل صرف نظر می باشد. مشابهآن اگر یک بخار فوق گرم سرد شود، دمایشتا پایین می رودآنکه به شرایط خشک و اشباع می رسد و سرمایش بیشتر درغیاب میعان مناسب هسته، تولید بخارابراشباع می کند و ایجاد مایع یا جامد فقط بعد از یک حالت ابراشباع معین انجام می شود.
فعالیتهاي تجربی
الف- اندازه گیري دوره برقراري بلور KDPبراي تهیه محلول اشباع با توجه به جدول حلالیت [6] KDPجدول 1 میزان ماده مورد نظر را به دست می آوریم. مقدار ماده مورد نیاز را با استفاده از دستگاه گرمکن- همزن مغناطیسی درحجم معینی ازآب دیونیزه حل نموده تا محلول اشباع بدست آید.همزدن را به مدت دو ساعت ادامه می دهیم تا محلول اشباعیکنواختی حاصل شود. در مرحله بعد محلول را با استفاده ازکاغذ واتمن فیلتر می کنیم. حالا محلول براي اندازه گیري رساناییآماده است.
براي اندازه گیري رسانندگی محلول در این آزمایش از دستگاه هدایت سنج، مدل HANNA/HI8733 با دقت 0/1msاستفاده شد. شکل 1 مجموعه آزمایشی که شامل هدایت سنج و بشر حاوي محلول اشباع KDP است را نشان می دهد. رساناییمحلول در ابتدا ثبت گردید و از آن پس تغییراتنظررسانایی زیرگرفته شد به نحوي که اولین تغییر که به منزله تشکیل هسته بلوري در داخل محلول بود ثبت گردید. فاصله زمانی بین این دو ثبت به منزله دوره برقراي می باشد. این مراحل که شامل تهیهمحلول اشباع تا انجام اندازه گیري می باشد چندین مرتبه تکرارشد و سرانجام پس از متوسط گیري دوره برقراري محلول KDPبه میزان 0/5 ثانیه به دست آمد.
ب-رشد بلور KDP
محلول اشباع KDP طبق روش ذکر شده در قسمت الف تهیهگردید. آنگاه به منظور جلوگیري از ورود گرد و غبار و سایر آلودگی ها سطح ظرف حاوي محلول با سلفون پوشانده شد و درزیر یک هود قرار داده شد. همچنین به منظور فراهم کردن شرایطتبخیر حلال روزنه هایی در روي سلفون ایجاد گردید. پس از طی مدت 32 روز بلور KDP به ابعاد25 15رشد خوبی قابل مشاهده است. همچنین تیزي منحنی ها نشان دهنده عکسنمود. شکل2 این بلور را نشان می دهد. بلورینگی خوب بلور رشد یافته است.
نتیجه گیري
در این آزمایش دوره برقراري بلور KDP به روش هدایت سنجیاندازه گیري و مدت 0/5 ثانیه ثبت شد. همچنین بلور KDPازمحلول رشد داده شد و الگوي پراش ایکس آن نشان داد که بلوررشد یافته از بلورینگی خوبی برخوردار می باشد.
بحث و بررسی
پس از انجام اندازه گیري دوره برقراري و رشد بلور KDP، بهمنظور حصول اطمینان از کیفیت بلور رشد داده شده آزمایش پراش اشعه ایکس - XRD - روي بلور رشد یافته انجام گردید کهشکل 3 طیف بدست آمده را نشان می دهد. همانگونه که مشاهده می شود صفحات بلوري رشد یافته در الگوي اشعه ایکس به
