Kapillarität – dieses Phänomen ist Physikern seit Hunderten von Jahren bekannt, aber nur die Natur könnte sich dieses Phänomen zunutze machen. In gewisser Weise, Wir haben darüber geredet, aber auch zu… Kristallisation wasserlöslicher Stoffe. Kristallisation aus Lösungen mit Hilfe des Kapillarphänomens tritt in grundwasserreichen Gebieten auf, und heiß zugleich, was die Verdunstung von Wasser aus dem Boden begünstigt, wie rund um das Tote Meer oder das berühmte Death Valley in Kalifornien (USA). Genau wie wenn Smaragde kristallisieren, Wasser, das unter der Erdoberfläche fließt, löst einige Mineralien auf. Später, wenn es um eine Wüstenregion geht, die der starken Sonne ausgesetzt ist, steigt mit Kapillarkanälen nach oben, in den oberen Schichten verdunstet es, und zuvor in Wasser gelöste Stoffe kristallisieren auf der Erdoberfläche. Anstelle des verdampften Wassers fließt ein anderes durch Kapillaren usw., usw.. So entstanden die großflächig mit einer Salzschicht bedeckten Wüstengebiete, und in Sandwüsten wachsen "Wüstenrosen"” – Klumpen von verschlungenen Gipskristallen, charakteristische Formen ähnlich einer Rosenblüte bilden.
Seit fast siebzig Jahren hat der Mensch auch gelernt, das Phänomen der Kapillarhaare zu nutzen, um Kristalle zu züchten. Der Erste, wer kam auf diese idee, war ein Pole, Professor an der Technischen Universität Warschau, Jan Czochralski, der sein ganzes wissenschaftliches Leben der Erforschung des Phänomens der Kristallisation und der Gewinnung von Einkristallen gewidmet hat. W. 1916 Er entwickelte eine Methode zur Herstellung von Einkristallen, die heute als Methode zum Extrahieren von Kristallen aus einer Flüssigkeit bekannt ist. Diesmal ist es jedoch kein Wasser oder ein anderes Lösungsmittel, nur geschmolzener Feststoff, welchen Einkristall wollen wir bekommen. Es kann flüssiges Metall sein, geschmolzenes Speisesalz oder geschmolzene feine Partikel, z.B.. farbloser Korund. Czochralski beschäftigte sich hauptsächlich mit Einkristallen von Metallen, schließlich war er Metallurg und entwickelte seine Methode zur Gewinnung von Zinn-Einkristallen, Blei und Wismut. Dazu tauchte er eine Glaskapillare in die Metallschmelze, Metall fließt unter Einwirkung von Kapillarkräften nach oben, und unter geeigneten thermischen Bedingungen erstarrte, bildete es einen dünnen monokristallinen Stab.
Dies ist jedoch nur der Anfang des Einkristall-Kultivierungsprozesses. Wenn eine kleine Menge Flüssigkeit "nach oben" fließt.” in die Kapillare, Kapillare steigt auf diese Höhe, dass sein Auslass gerade die Flüssigkeitsoberfläche berührt. Das Metall in der Kapillare erstarrt von oben nach unten, weil höher die Temperatur niedriger ist als knapp über dem Flüssigkeitsspiegel. Nach einiger Zeit nimmt der erstarrte Flüssigkeitsanteil zu, erreicht den Kapillarausgang, und weil es kälter ist als eine Flüssigkeit, bewirkt seine Kristallisation in unmittelbarer Nähe. An diesem Punkt sollte der Kristallisationsprozess enden, weil der tiegel – Gefäß mit Flüssigkeit – wird ständig erhitzt, und die Flüssigkeit im Tiegel bleibt konstant, konstante Temperatur, nur knapp über dem Gefrierpunkt.
Die von Czochralski verwendete Methode, um Metallkristalle aus einer Flüssigkeit zu extrahieren.
Um große Kristalle zu züchten, Czochralski hat noch eine Idee verwendet. Wenn die Flüssigkeit in der Kapillare bis zum Boden der Kapillare erstarrt ist, es fing an, es über den Flüssigkeitsspiegel zu heben. Zusammen mit der Kapillare und dem erstarrten darin der Kristallisationskeim stieg nach oben. Das gleiche physikalische Gesetz ist hier am Werk, wie beim Phänomen der Kapillarhaare und bei der Bildung eines konkaven Meniskus – die Adhäsionskräfte der Flüssigkeit am erstarrten Einkristall sind größer als die Kohäsionskräfte der Flüssigkeit. Die über dem Spiegel angehobene Flüssigkeit berührt mit ihren Seitenflächen die Luft, es wird abgekühlt und erstarrt, so wächst ein Einkristall. Und wieder können wir die Kapillare auf eine bestimmte Höhe anheben, die nächste Einkristallschicht verklumpt und wieder, und wieder. Voraussetzung für den Erfolg dieser Kristallisationsmethode ist, dass die Kapillare etwas angehoben wird, eine solche, dass die Differenz zwischen Adhäsions- und Kohäsionskräften kleiner ist als die Anziehungskraft, d.h. die Schwerkraft der nach oben angehobenen Flüssigkeit. Tatsächlich heben wir bei der Kristallisation durch das Verfahren des Herausziehens der Kristalle aus der Flüssigkeit die Kapillare mit einem Einkristall nicht schrittweise an, aber kontinuierlich mit sehr niedriger Geschwindigkeit 13 tun 40 Tausendstel Millimeter pro Sekunde, das heißt von 5 tun 15 cm in einer Stunde. Sehr langsam, aber wir sind uns sicher, dass die Kohäsion zwischen der Flüssigkeit und dem entstehenden Einkristall nicht gebrochen wird, dass wir einen großen wachsen lassen, normaler Metallkristall, Halbleiter oder Salz mit einem Gewicht von bis zu mehreren Kilogramm. Die gleiche Methode wird verwendet, um Einkristalle von edlen Mineralsorten zu züchten, und unter ihnen – Granaten.