Additifs et impuretés
La présence d'impuretés dans un cristal influence la vitesse de croissance ( Mullin, 2004[1]). Quand les impuretés sont adsorbées sur un cristal elles peuvent ralentir ou augmenter sa croissance, ou même la stopper complètement. Aussi elles peuvent agir sélectivement sur certaines faces cristallographiques et ainsi changer complètement l'habitus final du cristal.
La concentration d'impuretés peut influencer plus ou moins la croissance en fonction de sa concentration sachant que certaines ont besoin d'être en concentration très importantes pour avoir une influence sur la croissance et que d'autres ont cette influence même à faible concentration (voir Triboulet, 1990[2]).
Les impuretés peuvent être des composés étrangers au mélange mais aussi le solvant peut être considéré comme une impureté. Plusieurs études montrent que un changement de solvant de cristallisation change l'habitus du cristal.
Les impuretés peuvent influencer la vitesse de croissance de plusieurs façons différentes : par modification des propriétés de la solution ou de la sursaturation (conséquence du changement de la solubilité). Elles peuvent aussi modifier les caractéristiques de la couche d'adsorption à l'interface cristal-solution et aussi l'intégration des unités de croissance parce que, si elles sont assez similaires au composé cristallin elles peuvent être incluses dans le réseaux cristallin de celui-ci.
Telles les unités de croissance, les impuretés peuvent s'adsorber sur les arêtes, dans les marches ou les nœud interrompant l'arrivée des unités de croissance et stoppant la croissance. Si nous nous rappelons des énergies de chacun de ces sites si l'impureté s'adsorbe dans un nœud même très peut d'impureté en solution peu affecter significativement la vitesse de croissance, si c'est sur une marche il faudra une concentration d'impureté supérieures et encore plus supérieures pour le cas d'une arête. La quantification de l'influence des impuretés sur la vitesse de croissance a été réalisée en admettant qu'une impureté adsorbée à la surface d'un cristal en croissance va bloquer la progression de la couche de croissance. Les études réalisées ont permis de conclure que si la distance entre les impuretés est inférieure à \[{2r}_{c}\] la croissance de la couche s'arrête complètement. Pour les distance entre impuretés supérieures à \[{2r}_{c}\] les unités de croissance peuvent se glisser entre les impuretés et continuer la croissance, mais à une vitesse inférieure à celle en milieu pur.
Fondamental :
La combinaison entre sursaturation et impuretés peut avoir deux effets principaux sur la croissance cristalline :
la présence d'impuretés arrête la croissance à basse sursaturation mais n'a aucun effet à haute sursaturation, parce qu'à grande sursaturation la vitesse d'adsorption des impuretés est faible devant la vitesse d'intégration des molécules au réseau ;
la gamme de sursaturations auxquelles la croissance s'annule est très large dû a une constante de temps d'adsorption des impuretés faible même quand la sursaturation augmente.
Il existe aussi un autre type d'effet en présence d'impuretés appelé hysteresis. Lorsqu'un cristal grossit en milieu très sursaturé, la sursaturation diminue doucement et de façon continue, l'incorporation des impuretés est graduel et lente et donc le cristal grossit jusqu'au blocage de tous les sites de croissance par les impuretés. Le contraire, correspondant à une augmentation brusque de la sursaturation, va arrêter la croissance du cristal suite à une adsorption massive des impuretés à sa surface. ( Mullin, 2004[1]).