Пентагональные кристаллы меди электролитического происхождения: строение, модели и механизмы их образования и роста

Глава 6. в книге Перспективные материалы: Структура и методы исследования: Учеб. пособие / Под ред. Д. Л. Мерсона. ТГУ, МИСиС, 2006. – сс. 247-266

Пособие составлено по материалам лекций, прочитанных ведущими учеными-материаловедами России, ближнего и дальнего зарубежья на I Международной Школе «Физическое материаловедение», состоявшейся 22-26 ноября 2004 г. в г.Тольятти.

Авторы: Ясников И.С., Викарчук А.А.

Содержание:
6.1. Введение
6.2. Методика эксперимента
6.3. Результаты экспериментов, их обсуждение
6.4. Заключение
Контрольные вопросы
Список литературы

Краткое описание
Частицы с пентагональной симметрией, запрещенной законами классической кристаллографии, интенсивно изучаются на протяжении последних десятилетий. Наиболее полное обобщение результатов исследований, проведенных за последние полвека по структуре и свойствам малых частиц с пентагональной симметрией, представлено в обзорах. Обширная библиография данных обзоров однозначно свидетельствует о повышенном интересе к исследованию этих уникальных физических объектов. Микрокристаллы меди с пентагональной симметрией в меди впервые были обнаружены в 1957 г., и в настоящее время пятерная симметрия обнаружена практически у всех ГЦК-металлов при различных видах кристаллизации. Однако наибольших размеров такие кристаллы достигали лишь при электролитическом способе их получения. В частности, нам удалось получить пентагональные кристаллы (pentagonal crystal) размером до 300 мкм.

Имеется два существенно отличающихся подхода к объяснению механизма появления в электроосажденных ГЦК-металлах пентагональных кристаллов: первый предполагает, что рост их начинается с двумерных зародышей (two-dimensional nucleation centers), второй – из трехмерных. Предложены также модели пентагональных кристаллов, полученных методом напыления, состоящие из неправильных декаэдров. Все эти модели противоречат друг другу и не могут объяснить ряд новых экспериментальных фактов, в частности, самого факта существования довольно крупных кристаллов с пятерной симметрией. Из энергетических соображений следует, что пентагональные малые частицы устойчивы лишь до некоторого критического размера (~ 100 нм).При создании указанных моделей совершенно не использовались дисклинационные представления, хотя в некоторых работах обосновывается эффективность применения дисклинационного подхода для анализа неоднородной упругой деформации в пентагональных малых частицах и при описании их структурно-чувствительных свойств. Показано также, что дисклинации (disclination) являются неотъемлемым атрибутом пятерной симметрии в малых частицах. Наличие дисклинаций в более крупных пентагональных кристаллах (иногда на три порядка больше критического) является дискуссионным.

Задачей настоящей работы было исследование происхождения и особенностей внутреннего строения сравнительно крупных пентагональных кристаллов, формирующихся при электрокристаллизации (electrocrystallization) меди и имеющих разнообразную внешнюю форму, с целью обоснования или опровержения идеи о дисклинационной природе таких объектов.