Capillarité

Capillarité – ce phénomène est connu des physiciens depuis des centaines d'années, mais seule la nature pouvait se servir de ce phénomène. Dans un sens, nous avons parlé de, mais aussi à… cristallisation de substances hydrosolubles. La cristallisation à partir de solutions utilisant le phénomène capillaire se produit dans des zones riches en eaux souterraines, et chaud à la fois, qui favorise l'évaporation de l'eau du sol, comme autour de la Mer Morte ou de la célèbre Vallée de la Mort en Californie (Etats-Unis). Comme quand les émeraudes se cristallisent, l'eau qui coule sous la surface de la terre dissout certains minéraux. Plus tard, quand il s'agit d'une région désertique exposée au fort soleil, monte avec les canaux capillaires vers le haut, dans les couches supérieures il s'évapore, et les substances préalablement dissoutes dans l'eau cristallisent à la surface de la terre. A la place de l'eau évaporée, une autre s'écoule à travers des capillaires, etc., etc.. C'est ainsi que les zones désertiques recouvertes d'une couche de sel sur une grande surface ont été créées, et dans les déserts de sable poussent les "roses du désert"” – morceaux de cristaux de plâtre emmêlés, formant des formes caractéristiques semblables à une fleur de rose.

Depuis près de soixante-dix ans, l'homme a également appris à utiliser le phénomène des cheveux capillaires pour faire pousser des cristaux. La première, qui a eu cette idée, était un Polonais, professeur à l'Université de technologie de Varsovie, Jan Czochralski, qui a consacré toute sa vie scientifique à la recherche du phénomène de cristallisation et à l'obtention de monocristaux. W 1916 Il a développé une méthode de production de monocristaux, qui est aujourd'hui connue comme la méthode d'extraction des cristaux d'un liquide. Cette fois, cependant, ce n'est pas de l'eau ou tout autre solvant, seulement solide fondu, quel monocristal nous voulons obtenir. Il peut s'agir de métal liquide, sel de table fondu ou fines particules fondues, par exemple.. corindon incolore. Czochralski traitait principalement des monocristaux de métaux, après tout, il était métallurgiste et a développé sa méthode pour obtenir des monocristaux d'étain, plomb et bismuth. Pour cela, il a plongé un capillaire en verre dans le métal en fusion, le métal s'écoule vers le haut sous l'action des forces capillaires, et se solidifiant dans des conditions thermiques appropriées, il a formé une tige monocristalline mince.

Cependant, ce n'est que le début du processus de culture du monocristal. Lorsqu'une petite quantité de liquide s'écoule "vers le haut".” dans le capillaire, le capillaire monte à cette hauteur, que sa sortie touche juste la surface du liquide. Le métal à l'intérieur du capillaire se solidifie de haut en bas, car plus la température est plus basse que juste au-dessus du niveau de liquide. Après un certain temps, la partie liquide solidifiée augmente, atteint la sortie capillaire, et parce qu'il est plus froid qu'un liquide, provoque sa cristallisation à proximité immédiate. À ce stade, le processus de cristallisation devrait se terminer, parce que le creuset – récipient avec du liquide – est constamment chauffé, et le liquide dans le creuset reste constant, Température constante, légèrement au-dessus du point de congélation.

La méthode utilisée par Czochralski pour extraire des cristaux métalliques d'un liquide.

Pour faire pousser de gros cristaux, Czochralski a utilisé une autre idée. Lorsque le liquide dans le capillaire s'est solidifié jusqu'au fond du capillaire, il commençait à le soulever au-dessus du niveau du liquide. Avec le capillaire et le solidifié à l'intérieur le germe de cristallisation a atteint le sommet. La même loi physique est à l'œuvre ici, comme dans le phénomène des cheveux capillaires et lors de la formation d'un ménisque concave – les forces d'adhésion du liquide au monocristal solidifié sont supérieures aux forces de cohésion du liquide. Le liquide soulevé au-dessus du niveau du miroir entre en contact avec l'air avec ses surfaces latérales, il se refroidit et se solidifie, donc un seul cristal grandit. Et encore une fois, nous pouvons élever le capillaire à une certaine hauteur, la prochaine couche de monocristal coagulera et encore, et encore. La condition préalable à la réussite de cette méthode de cristallisation est que le capillaire soit un peu surélevé, tel, que la différence entre les forces d'adhérence et de cohésion est inférieure à la force d'attraction, c'est-à-dire la force de gravité du fluide soulevé vers le haut. En effet, dans le cas d'une cristallisation par la méthode d'extraction des cristaux du liquide, on ne soulève pas le capillaire avec un monocristal par étapes, mais en continu à très basse vitesse 13 fais 40 millièmes de millimètre par seconde, c'est-à-dire de 5 fais 15 cm en une heure. Très lentement, mais on en est sûr, que la cohésion entre le liquide et le monocristal naissant ne sera pas rompue, que nous allons grandir, cristal de métal ordinaire, semi-conducteur ou sel pesant jusqu'à plusieurs kilogrammes. La même méthode est utilisée pour faire pousser des monocristaux de variétés nobles de minéraux, et parmi eux – grenades.