Всероссийский конкурс юношеских исследовательских работ им. В. И. Вернадского лицей ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет» г. Могилёв, Республика Беларусь Авторы: Букато Кирилл Сергеевич, Овчинников Владислав Вячеславович Научные руководители: Плетнев Александр Эдуардович, Гусев Сергей Викторович

Актуальность настоящей работы обусловлена широким применением кристаллов различных веществ в современной технике. Рассмотрение вопросов связанных с данной тематикой носит как теоретическую, так и практическую значимость. Поскольку вырастить кристаллы алмаза и других веществ в школьной лаборатории физики проблематично, мы исследовали рост кристаллов на примере медного купороса (CuSO 4 ).

ЦЕЛЬ: Исследовать процесс роста кристаллов CuSO 4 при различных условиях роста. ЗАДАЧИ: 1. Изучить теорию вопроса. 2. Вырастить поликристалл при нормальных условиях. 3. Вырастить поликристалл в сильном магнитном поле. 4. Вырастить монокристалл при нормальных условиях. 5. Вырастить монокристалл в сильном магнитном поле. 6. Вырастить монокристалл в акустическом поле (200 Гц). 7. Вырастить монокристалл в акустическом поле (18 к Гц). 8. Вырастить поликристалл в акустическом поле (200 Гц). 9. Вырастить поликристалл в акустическом поле (18 к Гц). 10. Проанализировать результаты экспериментов.

Процесс роста кристаллов медного купороса зависит от внешних условий роста и качества маточного раствора, но не зависит от формы кристалла- затравки.

Лабораторные штативы. Плоскодонные химические стаканы различных объемов. Пара неодимовых магнитов. Пьезоизлучатель ЗП-22. Генератор сигналов Г3-120 в режиме прямоугольных импульсов амплитудой 30В. Фильтры для очистки маточных растворов.

Для выращивания кристаллов необходим перенасыщенный раствор соли, который называется маточным и кристалл-затравка в качестве центра кристаллизации.

Поликристалл был выращен путем осаждения избытка медного купороса из нефильтрованного перенасыщенного маточного раствора на затравку в течение 5 дней.

Поликристалл выращивался в течение 5 дней, путем осаждения избытка медного купороса из нефильтрованного перенасыщенного маточного раствора на затравку в поле двух сильных магнитов.

Монокристалл выращивался в течение 5 дней путем осаждения избытка медного купороса из профильтрованного маточного раствора на затравку.

Монокристалл выращивался 5 дней в профильтрованном маточном растворе. Побочные кристаллы удалялись вручную по мере их появления. Можно заметить что кристалл выращенный в магнитном поле имеет более правильную форму и меньшее количество дефектов.

Монокристаллы, выращенные при нормальных условиях количеством и расположением граней не отличаются, но кристалл в магнитном поле сориентировался по линиям магнитной индукции и имеет меньше дефектов структуры.

Для проведения остальных экспериментов нам понадобился источник звуковых колебаний. Для этого нами был использован пьезоизлучатель ЗП-22, подключенный к генератору звуковых частот Г Исследования роста кристаллов проводились при частотах 18 к Гц и 200Гц.

После проведенного эксперимента мы наблюдаем следующую ситуацию: затравка была частично разрушена звуковыми колебаниями, осаждения медного купороса на неё не происходило. Можно предположить, что невозможно вырастить монокристалл в акустическом поле. Для подтверждения этого эксперимент был проведен повторно при частоте 200 Гц.

Затравка находилась в растворе в течение 16 часов после чего мы наблюдаем отсутствие увеличения размеров кристалла. Данный эксперимент подтвердил гипотезу о невозможности осаждения медного купороса на затравку, находящуюся в акустическом поле.

По окончании эксперимента было замечено, что в слое воды образовалась стоячая волна, на границе которой происходила кристаллизация. Размеры поликристалла меньше чем без акустического воздействия, т.к. вибрация препятствует осаждению кристаллогидрата.

Размеры поликристалла выращенного в ходе данного эксперимента схожи с размерами кристалла из предыдущего эксперимента. Можно предположить что вибрация затравки при любой частоте мешает нормальному росту кристалла.

1. Чистота маточного раствора влияет на процесс и качество растущих кристаллов: в обычном растворе могут вырасти только поликристаллы, а монокристаллы растут только в хорошо профильтрованном насыщенном растворе при их периодической очистке и замене раствора. 2. Магнитное поле ориентирует кристаллы в пространстве и позволяет получить более качественный кристалл. 3. Наличие вибрации оказывает отрицательное воздействие на процесс роста кристалла.