Нитевидный кристалл

Нитевидный кристалл (также ус, вискер от англ. whisker) — монокристалл с очень высоким характеристическим отношением с типичным отношением длины (0,5 мм — 5 мм) к диаметру (0,5 — 50 мкм) около 100:1 — 1000:1. Поперечное сечение кристаллов представляет собой многоугольник, форма которого (треугольник, шестиугольник, квадрат) зависит от строения кристаллической ячейки и направления оси роста. Встречающаяся анизотропная форма нитевидного кристалла является признаком анизотропии самого материала или специфических условий роста.

Размерный эффект при уменьшении диаметра приводит к практическому исчезновению дислокаций и идеальной поверхности, что приводит к увеличению прочности в сотни раз по сравнению с массивными (обычными) монокристаллами. Отсутствие дефектов также повышает тепло- и электропроводность, а для ферромагнетиков — также и коэрцитивную силу (до 40 кА/м у усов железа). Ферромагнетики и сегнетоэлектрики в нитевидном кристалле обычно образуют монодоменную структуру.

Нитевидные кристаллы золота, серебра, меди, олова, свинца, серы, оксидов и силикатов встречаются в природе, где формируются медленно (тысячелетиями^{[уточнить]}) и часто представляют собой включения внутри других минералов (так, рутил образует иглы внутри рубинов и кварцев). Первые упоминания в научной литературе относятся к XVI веку.

Нитевидные кристаллы применяются в естественно-композиционныx материалax. Эти (неудачно названные, так как они вообще-то искусственные) материалы-эвтектики получают направленную структуру во время эвтектической реакции (например, матрица NiAl может быть армирована усами рения, производство таких материалов затруднено из-за медленной кристаллизации, необходимой для роста нитевидных структур.

Нитевидные кристаллы играют важную роль как в науке, позволяя поставить эксперименты с подтверждением расчётов прочности кристаллической решётки, так и в производстве, где длинные нити бора, углерода и карбида кремния используются для армирования. Наибольшую прочность в форме усов демонстрируют оксиды, карбиды, бориды, нитриды (Al₂O₃, B₄C, SiC, AlN, Si₃N₄), которые к тому же отличаются высоким модулем упругости, лёгкостью, устойчивостью к высоким температурам и инертностью — но из-за проблем с ориентацией усов в композиционных материалах не применяются.

Нитевидные кристаллы используются в промышленности для малогабаритных датчиков (датчики Холла, термометры, тензодатчики) и автоэмиссионных катодов. К перспективным областям применения относятся также мембранные фильтры , тепловая защита, подложки для катализаторов, тканевые электроды для перспективных аккумуляторов.

См. также

• Нитевидный нанокристалл

Литература

• Нитевидные кристаллы / Светлов И. Л. // Николай Кузанский — Океан. — М. : Большая российская энциклопедия, 2013. — С. 69. — (Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов ; 2004—2017, т. 23). — ISBN 978-5-85270-360-6.

Из БРЭ:

• Бережкова Г. В. Нитевидные кристаллы. М., 1969.
• Гиваргизов Е. И. Рост нитевидных и пластинчатых кристаллов из пара. М., 1977.
• Светлов И. Л., Епишин А. И., Пирогов Е. Н. Влияние остаточных напряжений на ползучесть эвтектических композитов // Механика композитных материалов. 1985. № 4;.
• Сыркин В. Г. Материалы будущего. О нитевидных кристаллах металлов. М., 1990.
• Frommeyer G., Rablbauer R. High temperature materials based on the intermetallic compound NiAl reinforced by refractory metals for advanced energy conversion technologies // Steel Research International. 2008. № 7.  (англ.)