Potasyum Pentaborat Oktahidratın Kristal Büyüme Ve Çözünme Hızlarının Akışkan Yataklı Ölçüm Sisteminde İncelenmesi

Abstract

Son yıllarda yapılan çalışmalar, bazı borat bileşiklerinin lineer olmayan optik (NLO) malzeme olarak çok üstün özellikler gösterdiğini ortaya çıkarmıştır. Bu borat bileşiklerinden biri olan potasyum pentaboratın da laser ışınlarının UV ve vakum UV bölgesindeki ışınlara dönüştürülmesinde çok başarılı sonuçlar verdiği görülmüştür. Literatürde bu bileşiğin kristalizasyon kinetiğine ilişkin veri bulunmaması nedeniyle, bu çalışmada potasyum pentaborat oktahidratın kristal büyüme ve çözünme hızlarının belirlenmesi amaçlanmıştır. Ölçümler laboratuar tipi akışkan yataklı kristalizör sisteminde farklı aşırı doygunluk değerlerinde gerçekleştirilmiş ve büyüme ve çözünme hızına başlangıç kristallerinin partikül boyutunun etkisi incelenmiştir. Başlangıç partikül boyutunun etkisinin incelenmesi için, -1000 + 850 m, -600 +500 m ve -500 + 425 m boyut aralıklarındaki aşı kristalleri kullanılmıştır. Elektriksel çift tabakada etkin olan güçlerin herhangi bir dış etki ile değiştirilmesinin, kristal büyüme ve çözünme hızları üzerinde etkili olabileceği düşüncesiyle, ikinci parametre olarak çözeltiye uygulanacak dış elektriksel potansiyel seçilmiştir. Bir voltaj jeneratöründen, paslanmaz çelik tel bağlantılar ile çözeltiye uygulanan dış potansiyelin değeri 1V ve 2V olarak değiştirilmiştir. Sonuçlar, potasyum pentaborat oktahidrat kristallerinin büyüme hızının, incelenen partikül boyut aralıkları için, boyuttan bağımsız olarak aşırı doygunluk ile doğrusal arttığını göstermektedir. Büyümeyi kontrol eden adımın temel olarak yüzey entegrasyonu olduğu belirlenmiş ve bu sonuç büyüme hızı mertebesinin dış potansiyel etkisi ile yaklaşık 2 değerine artmasıyla da desteklenmiştir.

Recent research on effective non-linear optical (NLO) materials shows that some borate compounds are superior to other commonly used NLO materials. Potassium pentaborate is an important inorganic NLO crystal and it is successfully used for conversion of laser radiation to the UV and vacuum UV wavelength region. There is no information on the crystallization kinetics of potassium pentaborate octahydrate in literature. Lack of this essential knowledge stimulated us to investigate the crystal growth and dissolution rates of potassium pentaborate. The growth and dissolution rates were measured in a fluidized bed crystallizer system. The seed size fractions of -1000 + 850 m, -600 +500 m, and -500 + 425 m were used to determine the effect of initial crystal size on the growth and dissolution rates. Since the forces acting upon crystals at double electric layer may influence the crystal growth and the structure of electric double layer can be changed by external potential, the effect of external potential on the growth and dissolution rates was also examined. In the experiments which were performed to investigate the effect of external potential on the growth and dissolution rates, external potential of 1 V or 2 V was supplied to the solution in the cell from a voltage generator through the stainless steel wires. Results show that, the mass growth rate of potassium pentaborate octahydrate is linearly dependent on the supersaturation and does not change with initial size of seed crystals for the investigated particle size ranges. Crystal growth is controlled mainly by surface integration step. The increase of the growth rate order to about 2, under external potential, supports this result.