探究以氚管为晶核培养晶体的可行性(未完结)

本项目由科创基金赞助支持

晶体

硫酸铜

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硫酸铬钾&硫酸铝钾

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       化学晶体对于一般人来说或许是一些比较漂亮的玻璃,但对于化学爱好者来说,意义就不同了。就像文玩对于文玩爱好者一样,我曾在网上见到有人卖硫酸铜晶镞(玫瑰),三四十元一个,也有人购买。

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 (图片来自网络)

 

       普通的晶体可以作为摆件或收藏品,也可以作为礼品赠送给亲朋好友,比如说晶体化学爱好者,亦或者敬爱的化学老师,他们一定会非常喜欢的。

氚管

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(长曝光下的氚管,实际亮度很低,图片来自淘宝)

       氚管是一种利用氢的同位素氚的放射性制造的发光装置,其主要结构是在一个密闭玻璃管中充入氚气,由氚在β衰变时释放出的电子射中涂在玻璃管内部的荧光粉,发出荧光。氚的半衰期为12.5年,利用其做成的氚管大概可以亮十几年。

氚在自然界含量极低,只能人工生产,所以价格昂贵,按RMB/g来算,比黄金还贵,但考虑到其功能,这个价格也只能接受。

利用氚管作为晶核来培养晶体,使得晶体具有自发光的性质,让晶体变得“璀璨照人”


项目问题

       氚管由玻璃封装而成,表面洁净,根据均匀成核理论,过饱和溶液将在溶液中随机成核,而非以氚管为晶核。

项目改进

既然不能以氚管为晶核培养晶体,又想达到发光晶体的目的,那就需要将氚管置于晶体的内部,有以下几种方案可供选择

1.静置生长法(将氚管放在晶体上方,晶体在生长过程中将氚管包被)

失败(已验证)

图片在下次实验后补充

2.施压生长法(1法的升级版,将氚管放在晶体上方,用重物施压,以免晶体在生长过程中将氚管抵开)

待验证

3.悬挂生长法(将氚管与晶体捆绑在一起,悬挂在溶液中生长)

待验证

4.悬浮生长法(将氚管置于溶液表面,由于液体张力,氚管漂浮在液体表面)

此法根据均匀成核理论,将不成功,因为一个无外界干扰的系统,晶体将随机成核,但很难做到无外界干扰,比如气流扰动、装置晃动、空气中的灰尘杂质以及在空气扰动下而运动的氚管……

这些条件下将发生非均匀成核,而根据非均匀成核理论,过饱和液体受到扰动后将有很大几率成核,氚管容易在气流的扰动下运动而扰动溶液,造成氚管周围大量成核。

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 (图为一次实验的照片 ,圈住的为氚管)

此次实验不具备说服力

需多次验证

……其他方案待补充

大家也可以提出自己的方案进行探讨

晶体制备的一般过程

①晶核的制备

       晶核的制备一般用冷却高热的过饱和溶液或冷却低热的过饱和溶液制备,根据均匀成核理论,过饱和度越大,越易成核,冷却高热的过饱和溶液虽能在短时间内制备大量的晶核,但晶核之间易粘连,造成大饼(晶体相互粘连,成饼状物的现象),而且晶核体积很小,在挑选过程中易破坏晶核表面,造成缺陷。

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       冷却低热的过饱和溶液能制备出体积较大、质量较高的晶核,但制备周期较长,期间变量不易控制,容易受外界扰动,发生非均匀成核,造成残晶、大饼等现象。


②挑选合适晶核培养体积较大的单晶

      培养晶体和培养晶核过程差不多,只是培养晶体是在饱和溶液中加入了晶核,使溶质析出到晶核上,使晶核缓慢生长,这个过程就像是将晶核放大一样,晶核的缺陷也随之放大,比如划痕……

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      培养的方法一般有两种,第一种为降温法,此法晶体生长速度快,但会造成晶体结晶速率不同,引发晶体内部缺陷,比如晶体内部不透明的白色区域、裂隙……第二种方法为蒸发溶剂法,此法制备周期长,但能培养出品质较高的晶体。但周期长意味着不确定因素增多,容易受外界干扰而发生非均匀成核,如果在远离培养晶体的位置成核还好,如果在培养晶体的上方或表面结晶,那么就前功尽弃了。




      晶体的培养是一个费时费力的任务,本人现高二,每月约放假一次,也就是每月可进行一次实验,但由于晶体培养的特殊性,极易失败,同时父母也反对做实验,每次实验都需偷偷进行。氚管的数量少,只有一个,每次只能培养一个发光晶体,如果有大量氚管,就可以开启“多线程”模式,可惜氚管的价格不允许。同时实验又具有偶然性、不可复制性,造成结论需要多次验证。综上,项目周期一拖再拖,至今仍未完结,希望大家能见谅。


       感谢科创论坛的支持,感谢@风雨不眠隔夜的你 会员的支持,感谢@154454496 会员提出的宝贵建议。


参考文献

⒈晶体生长基础-姚连增



[修改于 7 个月前 - 2019-04-10 01:23:52]

来自 化学与化工
4
2019-4-10 08:36:29
1楼

谁说光滑表面不能结晶的,在使用降温法结晶时,整个烧杯内壁接触溶液的部分都会均匀长出晶体。同理,我们可以先使用降温法在氚管表面迅速结上一层晶壳,将其完全包裹,之后再转为蒸发结晶,以获取高品质晶体。最终,你将得到一支会发光的狼牙棒。

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2楼

话说有没有可能做出直接能发光的晶体,例如某种荧光物质水合T2O结晶?

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3楼
引用:radio 发表于2 楼的内容:
话说有没有可能做出直接能发光的晶体,例如某种荧光物质水合T2O结晶?

土豪也许做的起……🤔

不过常用的荧光物质硫化锌硫化钙都没有水合物……

[修改于 7 个月前 - 2019-04-10 09:50:12]

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4楼

楼主是想在整颗晶体内嵌入氚管,结晶方法效果不佳的话也许可以考虑钻孔塞进去


援一个大氚管~

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5楼
引用:浪里黑条 发表于3 楼的内容:
土豪也许做的起……🤔不过常用的荧光物质硫化锌硫化钙都没有水合物……

一些有机物也能在射线下作为闪烁体发光,也许可以把其中一部分的氢取代成氚。。。

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6楼

理想情况应该是大块单晶体挖洞塞进去

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2019-04-11 23:15:20
2019-4-11 23:15:20
7楼
引用:20!Dopaminor 发表于6 楼的内容:
理想情况应该是大块单晶体挖洞塞进去

装进去以后再丢尽饱和溶液里泡一段时间。或许可以利用晶体的自范性把氚管包覆进去。

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2019-04-16 22:50:34
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8楼

试试在试管里试试,担心可能卡在试管口取不出来。

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2019-04-17 07:17:30
9楼
引用:刻薄过客 发表于8 楼的内容:
试试在试管里试试,担心可能卡在试管口取不出来。

我舌头打结了……

试管里培养晶体主要有两个问题:培养不大;容易在不想结晶的地方结晶。

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2019-04-18 23:06:03
2019-4-18 23:06:03
10楼

想发光有一万种方法= =不一定非得用T

长余辉材料了解一下

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2019-04-19 02:28:08
11楼

直接把氚氧化,得到超重水作为结晶水。不知道行不行。

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2019-04-20 00:38:55
冥火(作者)
12楼
引用:power_rdx 发表于1 楼的内容:
谁说光滑表面不能结晶的,在使用降温法结晶时,整个烧杯内壁接触溶液的部分都会均匀长出晶体。同理,我们可.....

emmmmm……狼牙棒,牙的大小很难控制吧,估计做出来很丑,而且在氚管表面覆盖均匀的晶壳很难操作
 

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冥火(作者)
13楼
引用:Ma3.02的守望 发表于4 楼的内容:
楼主是想在整颗晶体内嵌入氚管,结晶方法效果不佳的话也许可以考虑钻孔塞进去援一个大氚管~ 

好大的氚管

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冥火(作者)
14楼
引用:Robot_V1 发表于7 楼的内容:
装进去以后再丢尽饱和溶液里泡一段时间。或许可以利用晶体的自范性把氚管包覆进去。

有机会了我试试,估计不怎么好操作

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15楼
引用:冥火 发表于12 楼的内容:
emmmmm……狼牙棒,牙的大小很难控制吧,估计做出来很丑,而且在氚管表面覆盖均匀的晶壳很难操作&n.....

很好控制。结晶速度越快晶体越小,反之则越大

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冥火(作者)
16楼
引用:power_rdx 发表于15 楼的内容:
很好控制。结晶速度越快晶体越小,反之则越大

谢谢指导,有机会了尝试一下

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