Основные технологические методы синтеза твердых веществ и факторы управления в зависимости от типа зарождения фазы вещества

Тип зарождения фазы вещества / примеры систем	Технологические методы синтеза твердого вещества	Факторы управления
Зарождение в газовой среде / наносистемы металлов и оксидов металлов	плазмохимический	изменение энергии ионизации конденсирующихся частиц; увеличение степени ионизации конденсирующихся частиц; повышение скорости процесса конденсации.
	криохимический	изменение концентрация инертных газов; понижение температура поверхности осаждения.
Нуклеация в жидкой среде / гидратационные и гидротермально-синтезные системы твердения (известь, гипс, портландит, цемент)	золь – гель	варьирование химической природы исходных веществ; изменение начального значения pH среды; изменение температуры синтеза; изменение продолжительность синтеза.
	гидротермальный	варьирование химической природы исходных веществ; изменение температуры синтеза; уменьшение продолжительности синтеза; увеличение величины давления в системе.
Зарождение на поверхности твердого тела / наносистемы металлов и их соединений	электрохимический	увеличение электрического потенциала; варьирование природы веществ и растворителя; изменение типа и концентрации ионов добавок; изменение адгезионных свойств осаждаемых частиц; изменение температуры среды; изменение условий диффузии вещества.
Механо-стимулированное зарождение / термально-синтезные системы твердения (оксиды, керамика, стекло)	механохимический	увеличение величины энергии воздействия; изменение продолжительности воздействия; изменение положения функциональных групп в молекулах кристалла.
	ультразвуковой	изменение частоты ультразвукового импульса; изменение продолжительности ультразвукового импульса; изменение фазового состояния системы.

Если структуры их близки, то кластер при малых пересыщениях принимает форму полиэдрического «островка» толщиной в одну молекулу, т.е. является двумерным. При высоких пересыщениях среды кластеры образуются и укрупняются до вида трехмерных полиэдров.

Форма растущих частиц, как правило, изменяется в процессе роста, характер этих изменений зависит от структуры и механизма роста частиц.

Остановимся на этом моменте, имеющим значение для морфологических параметров формирующейся структуры [10]. Если частицы укрупняются по механизму нормального роста в среде с малым пересыщением, то их форма близка к сферической – сфероидальные формы. Частица растет в практически однородной среде при равной вероятности зарождения двумерных кластеров на любом участке ее поверхности, что приводит к сферической форме, сохраняющейся в процессе роста.

При возрастании пересыщения среды масштаб флуктуаций скорости двумерного зарождения возрастает. Двумерные зародыши, покрываются вновь образующимися зародышами, что приводит к появлению выростов. Если при этом частица достигла размера, при котором концентрационное обеднение среды вокруг неё стало заметным, то выросты «снабжаются» веществом лучше остальных участков поверхности, так как они дальше продвинуты туда, где концентрация фазообразующего вещества больше. В результате этого выросты развиваются и «ветвятся», образуя дендритные формы. Число выростов увеличивается, и частица, пройдя через стадию неупорядоченно-дендритной формы, превращается в пористый сфероид или полиэдр, имеющий компактную «сердцевину» с объемом, равным тому объему, который имела частица до развития выростов на ее поверхности. Периферия же частицы состоит из разветвленных выростов, не контактирующих или частично контактирующих друг с другом.

Рост частиц морфологически вариабелен. Вариабельность формы кристаллов обусловлена тем, что частоты присоединения и отрыва молекул для граней с разным молекулярным рельефом неодинаковы вследствие анизотропии свойств кристаллов. При этом если кристалл изначально огранен множеством близких по свойствам граней, то он укрупняется как сфероид. Позднее при высоких пересыщениях и достаточно больших размерах он превращается в регулярный дендрит – полиэдрические частицы. Если кристаллы изначально имеют форму куба, то при росте в среде с относительно малым пересыщением они превращаются в прямоугольные параллелепипеды, причем отклонение их формы от кубической имеет случайный характер. При более сложной огранке кристаллы в процессе укрупнения вытягиваются в нити, или становятся пластинами, или приобретают более сложную неравновесную форму. При всем этом, если пересыщение среды достаточно велико, в системе одновременно присутствуют различные морфологические разности, превращающиеся друг в друга или развивающиеся параллельно.

С нанотехнологической точки зрения, можно и необходимо иметь в виду задачи изменения концентрационных условий кристаллизации, а также применения добавок веществ, в частности, нанодобавок, обладающих сходной с зародышами фазы кристаллохимической структурой, и обеспечивающих целенаправленно ускорение процессов роста частиц фазообразующего вещества и морфологическое их модифицирование.