Jak vytvořit a pěstovat krystal

Dobré odpoledne, vážení obyvatelé Chabrovska. Stává se, že jsem již nějakou dobu vyvíjel elektronická zařízení založená na mikrokontrolérech, mikroprocesorech a FPGA. Chci se s vámi podělit o jedno ze zařízení, které jsem vyvinul.

Nápad

Nápad mě napadl při prohlížení článků na Wikipedii, konkrétně článku o síranu měďnatém (síran měďnatý), který obsahuje obrázek doma vypěstovaného krystalu.

V procesu přemýšlení jsem přišel s následujícím zařízením: vyrostlý krystal síranu měďnatého by měl být umístěn v průhledném skleněném válci spolu s LED pro osvětlení a malým elektronickým obvodem, který ovládá LED. Křišťál by se měl pomalu rozhořet, když ho člověk zvedne, zářit, když je v ruce, a zhasnout nějakou dobu poté, co se uvolní z ruky. Na závěr tak získáme krásný a originální suvenýr, který můžete věnovat své přítelkyni, přátelům, nebo si jej nechat na památku.

Výsledek implementace byl následující:

Video ukazuje samotný krystal, sestavené zařízení a zařízení s napájením již připojeným a blikajícím kódem. Můj fotoaparát bohužel nezvládl tu jasně modrou záři, naživo vypadá mnohem krásněji.

Nyní se pokusím stručně nastínit proces tvorby takového zařízení.

Krok 1: pěstování krystalu

Z našeho školního kurzu fyziky si pamatujeme, že vypěstovat krystaly soli z vodných roztoků není nic složitého. K tomu stačí připravit nasycený roztok zvolené soli (v tomto případě síranu měďnatého), přidat do něj zárodečný krystal a pár dní počkat. Samozřejmě okamžitě vyvstávají dvě otázky: kde získat síran měďnatý a kde získat zárodečný krystal. Síran měďnatý lze zakoupit v každém zahradnictví. Pokud se nepletu, nepoužívá se ani jako prostředek proti škůdcům, ani jako prostředek proti chorobám rostlin. Stojí to asi 100 rublů na 500 gramů. sklenice. Můžete si to také zakoupit přímo od dodavatele chemikálií, když jsem našel Google, narazil jsem na chemikálie. sklad v Moskvě, kde se prodává vitriol za cenu asi 120 rublů za kilogram.
Bez ohledu na to, kde ho koupíte, skončíte s pytlíkem modrého prášku.

500 gramů bude pro náš účel více než dostačující.

Další věc, o kterou se musíme postarat, je zárodečný krystal. Jedná se o malý krystal, na kterém se usadí síran měďnatý z roztoku a který následně naroste do docela působivých velikostí (mimochodem, pokud chcete, můžete vypěstovat mnohem větší krystal než ten, který jsem předvedl, proces nebude jinak, budete muset počkat o něco déle). Osivo získáme z nasyceného roztoku vitriolu.
Wikipedia opět přichází na pomoc s grafem rozpustnosti vitriolu v závislosti na teplotě:

Jak vidíme, se zvyšující se teplotou se rozpustnost výrazně zvyšuje, proto vezměte sklenici a půl vody, nalijte do kastrůlku a zapalte. Není vůbec nutné přivádět vodu k varu, stačí nám 70-80 stupňů. Když je voda dostatečně horká, začněte do ní za stálého míchání přilévat vitriol. Je nutné pokračovat v přidávání síranu měďnatého do vody, dokud se v ní již nerozpustí. Poté teplý roztok nalijte do jakékoli vhodné nádoby, použil jsem k tomu poměrně široký plastový obal od sýra Viola.

Teď nám nezbývá než čekat. Protože Neexistují žádná krystalizační centra kromě stěn, proces může trvat dlouho. V důsledku ochlazení a odpařování roztoku se na stěnách nádoby začnou usazovat malé krystalky síranu měďnatého.
Naším úkolem je v tuto chvíli vybrat ten nejkrásnější krystal dostatečné velikosti, aby se dal svázat nití. Typ krystalu je věcí vkusu, ale já osobně preferuji malé drúzy před monokrystaly a velkými nedbalými shluky. V procesu růstu se drúza 4-5 monokrystalů podle mého názoru stává mnohem krásnější než jeden velký monokrystal nebo nepochopitelný „ježek“ z tuctu, takže jsem nádobu kontroloval každé 1-2 hodiny při hledání z nejvhodnějších kandidátů.

Takže po 4-5 hodinách jsme měli malý zárodečný krystal. Je potřeba pečlivě svázat nití (neomotávejte kokon, stačí jedna smyčka, jinak budou nitě překážet v růstu krystalu). Druhý konec nitě namotáme kolem tužky a jdeme do kuchyně připravit nasycený roztok podruhé. Tentokrát si ho musíme připravit natolik, abychom ho nalili do vhodné dózy, ve které může náš semenný krystal viset, aniž by se dotýkal stěn a dna i po 4 dnech růstu. Jinak je technologie stejná – ohřejeme vodu a lijeme do ní vitriol, dokud se nepřestane rozpouštět. Poté roztok trochu ochlaďte a nalijte do připravené sklenice (kterou je vhodné před tím mírně zahřát teplou vodou, aby nedošlo k rychlé krystalizaci roztoku na stěnách) a semena do ní ponořte tužkou napříč. hrdlo nádoby a ujistěte se, že se krystal nedotýká stěn a dna. Sklenici postavíme na nějaké nepříliš teplé a ne příliš chladné místo, například na polici, a první krok je téměř hotový!

Musíme jen počkat pár dní, než krystal doroste do potřebné velikosti. Nedoporučuje se odstraňovat krystal z roztoku na dlouhou dobu, ale je docela možné jej vyjmout a zkontrolovat, jak proces růstu pokračuje. Také neuškodí nit očistit od malých krystalků, které se na něm usazují, aby nekazily tvar semínka.

Jedna věc, kterou je třeba vzít v úvahu, je, že vodní krystaly jsou nestabilní a náchylné k povětrnostním vlivům – voda se z nich odpařuje, což způsobí, že se krásný krystal postupně potáhne bílým povlakem a nakonec se rozpadne na prášek. Chcete-li uchovat krystal co nejdéle, můžete provést následující opatření:

1) Krystal přetřete lakem. Není to všelék, ale i tak prodlouží životnost krystalu o několik měsíců.
2) Krystal skladujte ve vzduchotěsné nádobě. Ani vás to nezachrání, ale v kombinaci s první metodou to dá krystalu rok života, nebo i víc.
3) Nejlepší způsob je naplnit krystal průhlednou organickou kapalinou, například nějakým průhledným olejem. V takové nádobě bude krystal zachován po velmi dlouhou dobu.

To je prozatím vše, další dva články budou hovořit o designu zařízení, vývoji jeho elektronické části a firmwaru.