Основным методом получения фотографической эмульсии с плоскими микрокристаллами на сегодняшний день является метод двухструйной эмульсификации, при котором важным параметром для синтеза микрокристаллов (МК) с заданной морфологией является скорость подачи реагентов, которую необходимо варьировать по мере протекания процесса кристаллизации. Для оценки скорости введения реагентов необходимо оценить радиус зоны роста микрокристаллов (МК) в желатиновом растворе. В работе [1, 5] нами рассмотрен процесс роста МК при электростатическом взаимодействии мелких кристаллов в желатиновом растворе. Проведена оценка радиуса действия растущего МК, что позволило рассчитать радиус зоны роста крупных кристаллов. Из полученных данных следует, что при увеличении концентрации мелких кристаллов происходит замедление роста крупных кристаллов. Для объяснения этого факта, в данной работе рассматривается эффект экранирования растущего кристалла в желатиновом растворе.
Необходимым условием роста МК, как известно, является возникновение способного к росту зародыша субмикроскопического размера и его дальнейший рост за счет рекристаллизации мелких кристаллов и превращение этого зародыша в частицу, в результате чего получаются стабильные кристаллы.
Как следует из экспериментальных данных [4, 6], растущие кристаллы являются нестабильными и способны накапливать заряд за счет ионов, адсорбированных из желатины, или за счет структурных дефектов. Поверхность кристалла можно рассматривать в качестве протяженного дефекта кристаллической решетки [2, 7] . При послойном росте кристаллов возникают ступени и изломы между ступенями (рис. 1).
Рис. 1. Автодекорирование AgBr микрокристалла
Изломы могут состоять из аниона, тогда избыточный заряд будет равен 
, или катиона с 
. Следовательно, рост крупных кристаллов будет сопровождаться растворением мелких кристаллов, время жизни которых определяется ее положением относительно крупных [3]. В результате диффузии ионов через раствор происходит изменение концентрации ионов вблизи растущего кристалла и экранирует потенциал МК. Из-за экранировки потенциал исходного МК убывает с расстоянием гораздо быстрее, чем по закону Кулона. После установления равновесия изменение потенциала определяется как:
, (1)
где Р = q•R – дипольный момент растущего кристалла, εж = 4 – диэлектрическая проницаемость желатины, ε0 = 8,85•10–12 ф/м – электрическая постоянная, T = 340 К – температура, L = 5•109 м – дебаевская длина экранирования, рассчитанная для заданной концентрации ионов серебра в желатиновом растворе при n = 2•1014 см–3, 
Кл – заряд излома, R – средний размер исходного МК по данным результатов измерений атомно-силовым микроскопом (рис. 2).
Потенциал в виде (1) позволяет учесть диэлектрические свойства желатины. Важной задачей является возможность оценить расстояние, на котором происходит упорядочивающее влияние растущего МК. Для оценки зоны роста найдем напряженность поля растущего МК как быстроту изменения потенциала (1) от расстояния r:
, (2)
. (3)
Формулу (3) представим в виде
, (4)
где 
– напряженность диполя без учета экранировки.
Рис. 2. Фотографии микрокристалла бромистого серебра, полученные атомно-силовым микроскопом
Рис. 3. График зависимости напряженности поля от расстояния без учета экранировки
Рис. 4. График зависимости напряженности поля от расстояния с учетом экранировки при различных концентрациях наноразмерных кристаллов в зоне роста: 1 – график при n = 1•1019 см–3; 2 – график при n = 2•1014 см–3
Рассмотрим два механизма роста МК:
1) без учета экранировки растущего МК;
2) с учетом экранировки растущего МК наноразмерными кристаллами при их рекристаллизации в присутствии желатины.
Полученные графики зависимости напряженности поля от расстояния представлены на графиках (рис. 3–4).
а) вид МК сверху б) вид МК сбоку
Рис. 5. Рост микрокристаллов галогенидов серебра в виде треугольной пирамиды за счет растворения микрокристалла шестигранной формы
Как следует из графика, если не учитывать эффект экранирования растущего кристалла, получается, что напряженность поля, создаваемая МК, стремится к нулю на расстояниях порядка 4–5 мм, что дает несколько завышенный результат при оценке зоны роста МК.
Если учитывать экранировку (рис. 4), напряженность поля, создаваемая растущим МК, в действительности простирается на расстояния, порядка 0,01–0,015 мм. При наличии в этой зоне мелких кристаллов начинается интенсивный рост МК (рис. 5).
Высокая концентрация наноразмерных кристаллов уменьшает протяженность зоны роста за счет экранирующего эффекта, и напряженность поля МК стремится практически к нулю. В этом случае наноразмерные кристаллы перестают растворяться и сами могут стать зародышами новой фазы, таким образом, снижая вероятность роста крупных МК. Следовательно, для получения МК заданной формы желательно контролировать скорость подачи реагентов, не меняя их концентрацию. Интерес представляют дальнейшие исследования по количественному определению скорости подачи реагентов, которые на сегодняшний день подбираются эмпирически.
Библиографическая ссылка
Азизов И.К., Ципинова А.Х. УЧЕТ ЯВЛЕНИЯ ЭКРАНИРОВАНИЯ ПРИ РОСТЕ МИКРОКРИСТАЛЛОВ ГАЛОГЕНИДОВ СЕРЕБРА В ЖЕЛАТИНОВОМ РАСТВОРЕ // Современные наукоемкие технологии. – 2016. – № 8-2. – С. 195-198;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=36128 (дата обращения: 20.04.2024).