60. Аморфты материалдарды
зерттеудің тәжірибелік әдістері.
Реттелген емес жүйелердiң құрылымдық
зерттеулерiнiң әдiстерiнiң басқасы тобы
400см-ден 44 см-1 жиiлiктердiң әдеттегiдей,
аралықтасы (ИК ) инфрақызыл жұту және
(ЖКШ) жарықтың комбинациялық шашыратуының
спектроскопиясына өз қосатын тербелмелi
спектроскопиялар әдiстер болып табылады.
Алынатын спектрлердi бөлшектер екi жағдайларға
материалдың құрылымдық торында атомдар
және байланыстардың тербелiстерiмен байланған
және сондықтан құрылымдық бiрлiктердiң
шек жұмыс iстейтiн күштер туралы мәлiметтердi
алып жүредi. Құрылымдық тордың диполдiқ
моментiнiң индукциялалған сыртқы шығаруы,
заттың атомдарының ядроларының тербелiстерiмен
модуляциясының нәтижесi болып табылын
жарығының комбинациялық шашыратуы. Сонымен
бiрге ұзын толқынды ИҚ сәуле шығаруды
жұту жанында құрылымдық тордың электр
диполдiқ моментiнiң өзгерiсiнде болған
тербелiстермен шартталған. Комбинациялық
шашырату және инфрақызыл жұтудың спектрлерi
дегенмен тербелмелi деңгейлердiң арасындағы
бiр-бiрi, таңдауды әр түрлi ереженiң оларға
арналған өйткенi өткелдерде қайталанбайды.
Құрылыс және құрылымдық бiрлiктердiң симметриясы
туралы мәлiметтiң алулары үшiн кристаллдарды
жағдайда оларға ие болатын симметрияның
әрбiр классының тербелiстерiнiң саны бiлуге
керек болады, үшiн жүйеге арналған тербелмелi
есептiң шешiмi көп теледидар не керек болады.
Есептiң шешiмдерi үшiн ең оңай жағдайларда
мiнездемелiк тербелiс жиiлiктерi бар әрекеттеспейтiн
осцилляторлардың жиынының түрiндегi құрылымдық
бiрлiк ұсынатын гармониялық жуықтауларды
қолданады. Жиiлiк бойынша мiнездемелiк жолақтардың
жылжуы тиiстi химия байланысының (ұзындықтар,
бұрыштар ) мiнездемелерiнiң өзгерiсi туралы
куәландырады. Тиiстi химия байланысы немесе
атомдардың топтауын қирату күлман кристалды
емес материалдың спектрлiк жолағы қандай
болмасын жоқтық. Сайып келгенделер,
тербелмелi спектроскопияның әдiстерi
бар болу және зерттелетiн заттың құрылымдық
бiрлiктерiндегi нақтылы байланыстар және
атомдардың топтауларын сипат туралы
мәлiметтердi бередi. Әр түрлi факторлардың
әсерiмен реттелген емес жүйелер және
оның өзгерiстерiнiң құрылымы туралы қатар
дифракция әдiстерi және нақтылы мәлiмет
тербелмелi спектроскопиямен жанама әдiстер
деп аталатынды бере алады. Жанама әдiстер
физикалық және материалдың химиялық
қасиеттерiн құрылымнан тәуелдiлiкте негiзделген.
Мұндай тәуелдiлiк өйткенiлер барлық қасиеттер
үшiн iс жүзiнде бар болады, онда жанама
әдiстердiң қолдануындағы жетiстiк материалдың
құрылым - сезгiш мiнездемелерi өте өлшемдерге
арналған таңдаумен анықталады. Мысалы,
ең алдымен құрылым - сезгiш мiнездемелерге
шыны тәрiздi материалдарының жағдайында
дыбыстың таратуын тығыздық, тұтқырлық,
ерiгiштiк, жылу еткiзу және жылу сыйымдылық,
жылдамдық, сынуды көрсеткiш және олардың
температуралық тәуелдiлiктерi, нәтижелер
дифференциалды жатады - жылулық талдау.
Материалдардың электр өткiзгiштiгiн шыны
тәрiздiден кристалды күйiне өткелде, әдеттегiдей,
секiрiспен бiрнеше реттер, оның өлшемiнде
өзгерiп ұқсас фазалық ауысымдарды кинетиканы
зерттеуге мүмкiндiк береді. Аморфты материалдардың
құрылымның зерттеуiне мұндай (Тга ) жылу
гравиметриялық талдау әдiстер сонымен
бiрге қолданылатында атап өтемiз, дифференциалды
- (дт ) жылулық талдау, дифференциалды
- тағы басқаларды дск сканирлейтiн метрия.
Демек, кристалды емес материалдардың
құрылымның зерттеуiнiң эксперименталдi
әдiстерiнiң қарастыруының олар сәттi жағдайда
атомдардың орналастырылуында жақын рет
туралы мәлiметтердi алып жүретiнде көрсетедi,
бiрақ жекенiң олары ешқайсы, олардың жиынтығы
да, орташа рет туралы жеткiлiктi мәлiметтерде
болмағанында емес, реттелген емес жүйелердегi
атомдарының кеңiстiктiң орналастырылуын
мүмкiндiк бер құрғанында. Дәл қазiрдi бұл
есептiң шешiмдерi үшiн реттелген емес материалдардың
құрылымының пiшiндеуiн қолданылады.
Аморфты маериалдардың
атомдық құрылымын анықтау әдістері. Аморфты
қатты дененің құрылымын анықтаудың негізгі
әдістері- рентген сәулелерінің, нейтрондардың,
электрондардың дифракциясы болып табылады.
Кристалдарға қарағанда аморфты материалдың
дифракциялық шашырау суреті анықтау.
Төмендегі суретте натрий
металлселикатының кристалл күйінде
және аморфты күйінде рентгенограммасы
көрсетілген.
Рентгенограммы метасиликата натрия находящегося:
а - в аморфном состоянии; б - в виде очень
мелких кристаллитов; в - в поликристаллическом
состоянии. Ұнтақ күйдегі кристаллиттердің
өлшемі кішірейген сайын дифракциялық
максимумдар анық емес. Аморфты материал
құрылымын зерттеуде тіпті электрондар
дифракция әдісіде бізге жіңішке дифракция
максимумын анықтау мүмкін емес екен. Нейтрондар
дифракциясы- материалдың атомдық немесе
магнитті құрылымын анықтау әдісі.
Бұл әдіспен мөлдір қатты бөлшектердің(кристалл),
газ,сұйық материалдар мен аморфты материалдардың
атомдық құрылымын анықтауға болады.
Аморфты металдарды бірнеше
әдістермен алу. 1)Қысым әсерінен тозаңдатып
қанығу (splat quenching) немесе балқыманы атқылау
(gun technique) жұқа фольгадағы диафрагманы
кенеттен тесіп өтіп, реактордың вакуумдық
бөлігіне таралатын екпінді толқынның
әрекетіне негізделген. Балқыма ерітінді
толқынның қысымы әсерінен , кішкентай
тесік арқылы суытылған төсеніш үстіне
атқылайды, мысалы, мыс пластинасына. 2)
Оқ –дәрі және төсу әдісінде (piston-and-anvil
method ), балқыма тамшыларының ерін жығылуда
немесе екпінді толқынның әрекетінен
атқылау кезіндегі балқыма тамшылары
саңылаудың ішіндегі жылжымалы оқ-дәрімен
бекітілген төсудің арасына түседі. Соңғысы
2-ден 3 м /с жылдамдықпен соғады және
тамшыны жұқа қабықшаға шашыратады. 3)Балқыманы
спиннингерлеу әдісінің (melt-spinning) артықшылығы
жұқа фольганы лента түрінде үзіліссіз
дайындау болады. Бұл әдістің бірнеше
модификациясы белгілі. Балқыма канал
арқылы газдың жоғары қысымы әсерінен
сығылып шығып тез жылжымалы бетке түседі,
мысалы, айналмалы диск, айналмалы цилиндр
немесе жылдам айналатын роликтердің
(roller quenching) аралығында айналады. Центрофуга
ішінде балқыманы спинингерлеуде балқыманың
ағысы тез айналатын дөңгелектің ішкі
қабатына қарай бағытталады. Орталықтандырылмаған
күштер сенімді термиялық байланыстарды
қамтамасыз етеді, ал иілген қабық төсеніштің
бетіндегі лентаның жылдам жойылуын қамтамасыз
етеді. 4)Өзек түріндегі қатты денелер
айналмалы диск немесе роликпен (melt
extraction) тек контактінің орнында балқиды,
ол бізге тигелдің ішінде балқудан және
канал әсерінен сығылудан бас тартуға
мүмкіндік береді. 5)Жұқа металдар ағысының
балқымасын тек қана қаныққан сұйықтыққа
бағыттау арқылы аморфты металдар сымдарын
алуға болады, және онымен бірге суытылатын
бағыттаушы түтікшеде орын ауыстыру арқылы
(аморфты қорытпаларды қанығу әдісі ( free
jet spinning of wires) қолданылады. Бұл қондырғыда
металдық шыныларды сым және жіп түрінде
үзіліссіз 2 км/мин жылдамдықпен алуға
болады.
Ретсіз құрылымды материалдарға
: шыны, аморфты денелер,құймалар ,полимерлер
жатады.Хаосты құрылымына қарамастан
(жартылайөткізгішті, металды ,диэлектрик)
аморфты денелер мен шынылар
үшін кеңістіктік өлшем 1нм –ге
жуық екен.Бұның маңыздылығы кристалдағы
ұяшықтың рөлі сияқты зор.Барлық аморфты
материалдар бірнеше ортақ қасиеттерге
ие: 1) температура бойынша сызықты жылусыйымдылық
және 1 К температурада 49 квадраттық жылуөткізгіштік
,тербелмелі жағдайда асқын тығыздық
Т жуық 5-20К .Осынша универсалды заңдылықтарға
сәйкес ортақ ерекшеліктері аморфты материалдардың
құрылуына негізделген. Аморфты және шыны
тәріздес заттар кристаллдық фазамен
салыстырғанда құрамдары бірдей, энергия
қорлары жоғары болады. Кристаллдық қатты
дене балқығаннан кейін жақын реттердің
барын сипаттайтын аймақтары құйманың
құрылымдық көрінісі ретінде болып қала
береді. Алайда, сұйық күйге ауысқан кезде
1-ші координациялық сферадан бастап құрылымдық
өзгерістерге ұшырайды., жоғары температураларда
еріген кезінде, әсіресе газдық фазада,
ыдырау нәтижесінде ұсақ құрылымдық көріністер
(фрагменттер) пайда болады. Алыс реттілік
балқыған кезде жойылып кетеді. Егер кристаллизация
және ұрық құру процесіне кедергі жасауына
мүмкіндік болса, аморфты (шынытәріздес)
қатты заттарды сұйық агрегаттық күйден
(балқымадан немесе ерітіндіден) немесе
газдық фазадан алуға болады. Балқыманың,
ерітіндінің немесе газдық фазаның жоғары
еркін энергиясы қатаю кезінде жарым-жартылай
сақталады. Бұл жерде қатаю процесі туралы
айтылып жатыр. Сонымен бірге кристаллдық
қатты денелерге энергия берілген кезде
сұйық пен газдық фазаларды өтіп аморфты(шынытәріздес
) күйге ауысуы мүмкін. Шағын формадағы аморфты заттарды шынытәріздес
деген атау келісілген. Олар шынылық балқыту
нәтижесінде пайда болады. Шынылату-бұлсуытылған
сұйықтың шынытәріздес күйге біртіндеп
ауысатын процесс. Бұдан шығатыны орташа
суытылған сұйықтық пен шыны заттың екі
күйін сипатайтын әр түрлі ұғым.