Химия твердого тела. Теория и приложения: В 2-х ч. Ч. 1 - Вест А.
ISBN 5-03-000056-9
Скачать (прямая ссылка):
6*
84
3. Физические методы исследования неорганических веществ
значит, что такой кристалл имеет некоторые элементы симметрии. Он относится не к триклинной, а к моноклинной или более высоким кристаллографическим системам.
Проведя описанные выше микроскопические исследования (а — в), часто удается получить важные сведения о типе симметрии и элементарной ячейке кристаллического вещества, что может служить важной исходной информацией для рентгеновского исследования, требующего значительно большего времени. Определение морфологии кристалла в ходе микроскопического исследования может существенно сэкономить время на ориентирование монокристалла при рентгеновских исследованиях, а также время определения некоторых физических параметров, зависящих от ориентации кристалла.
Фазовый анализ. Определение чистоты и однородности. Кристаллические вещества можно идентифицировать по их оптическим параметрам: показателю преломления, наличию оптических осей и т. п. Такой подход широко используется в минералогии. Для идентификации неизвестного минерала применяют стандартные таблицы оптических данных. В других областях науки этот метод используется редко, особенно при идентификации совершенно неизвестных веществ. Однако если известно, что идентифицируемое вещество относится к вполне определенному кругу немногих соединений, микроскопия оказывается весьма эффективным инструментом идентификации. Например, при синтезе новых соединений или при изучении диаграмм состояния возможно образование лишь ограниченного числа веществ из вполне определенных компонентов. Если внешний вид кристаллов и оптические свойства большинства или даже всех возможных фаз известны, то оптическая микроскопия может служить экспрессным методом фазового анализа. В течение нескольких минут можно подготовить образцы для исследований и провести изучение с помощью микроскопа. Чаще всего этот путь дает достаточную информацию для ответа на вопросы относительно фазового состава и содержания отдельных соединений в образце, исключая тем самым проведение более длительного исследования другими методами.
Оценка чистоты образца может быть осуществлена также довольно быстро, при условии что примеси присутствуют в виде самостоятельной кристаллической или аморфной фазы. Довольно легко можно обнаружить присутствие небольших количеств посторонних веществ, особенно если их оптические свойства заметно отличаются от свойств основной фазы.
С помощью поляризационного микроскопа проводят проверку качества и гомогенности стекол. Например, в производстве силикатных стекол из песка (5Ю2), используемого в качестве
3.2. Обзор методов исследования твердых тел
86
одного из исходных материалов, требуется весьма длительное время для полного растворения кристаллического БЮг в расплаве. Изучение стекла невооруженным глазом не позволяет обнаружить наличие нерастворившегося кремнезема. Микроскопическое исследование сразу дает возможность решить этот вопрос. Когда произошло полное растворение исходных веществ, композиционную однородность стекла можно проверить путем измерения показателей преломления отдельных кусков расколотого стеклообразного материала. Показатель преломления обычно сильно зависит от химического состава стекла. Хотя стекло — изотропный материал, иногда в напряженном состоянии в нем наблюдается двойное лучепреломление. Если стекло недостаточно отожжено или по тем или иным причинам сильно напряжено, то в скрещенных николях виден светлый объект, как и в случае анизотропного вещества.
С помощью поляризационного микроскопа можно оценить качество монокристалла. Хорошо сформированный кристалл дает четкое погасание, т. е. при вращении кристалла относительно поляроидов погасание должно происходить одновременно во всем кристалле. В физически неоднородных кристаллах или в агрегатах кристаллов погасание нерегулярно (так называемое волнистое погасание). Если кристалл состоит из узких слоев, которые при вращении кристалла погасают по-разному, то кажется, что кристалл как бы скручен. Другие оптические эффекты связаны также с двойникованием, существованием плоскостей сдвига или решетчатой структурой. Двойникование является либо результатом определенного механизма роста кристаллов, либо следствием фазового превращения высокосиммет-ричиой фазы в низкосимметричную. Это, например, происходит в случае переходов типа параэлектрик — сегнетоэлектрик или парамагнетик — ферромагнетик. Оптическая микроскопия — эффективный метод изучения таких фазовых переходов, приобретающий особую ценность, если есть возможность менять температуру образца непосредственно под микроскопом.
Дефекты кристаллической решетки — границы зерен и дислокации. Изучение отполированной и протравленной поверхности материалов в отраженном свете может дать информацию о внутренних границах раздела (т. е. о границах зерен) и линейных дефектах (дислокациях) в них. Такие дефекты всегда существуют даже в весьма совершенных кристаллах. Их можно обнаружить микроскопически, поскольку, например, в точках выхода дислокаций на поверхность кристалла кристаллическая решетка находится в напряженном состоянии. Если поверхность кристалла обработать соответствующими химикатами, то травление затрагивает в первую очередь эти области, в результате
