The Growth of Pure Bromide Monosize Emulsions

Abstract

Monosized pure bromide emulsions were produced from seed crystals maintained in a supersaturated solution by double jetting at constant pAg. The addition rates necessary to maintain the supersaturation at a maximum without renucleation occurring were determined; this enabled experiments to be carried out at a fixed, though unknown, supersaturation. Under these conditions the effects of crystal number, crystal size and inter-crystal distance were examined.

The narrowest size distribution was obtained when the supersaturation (i.e. addition rate) was at maximum. Under optimum conditions emulsion of cubic crystals could be produced with a standard deviation of less than 0.02 µ. on an edge of 1.0 µ.

The maximum addition rate was such that the rate of increase in volume of the crystals was proportional to the surface area plus a small constant, i.e. the rate of increase of linear dimensions was nearly a constant. From this and the effects of inter-crystal distance it was concluded that growth rate was controIled mainly by polynucleation on the crystal surface and not by diffusion.

Résumé

Des émulsions homodisperses de bromure pur ont été préparées à partir de petits cristaux utilisés comme germes dans une solution sursaturée par double jet à pAg constant. On a déterminé les vitesses d’addition permettant d’obtenir la sursaturation maximale sans renucléation; cela a permis de faire des expériences à sursaturation fixe, mais inconnue. Dans ces conditions, les effets du nombre et de la taille des cristaux ainsi que de la distance inter-cristal ont été examinés. La répartition la plus étroite a été obtenue lorsque la sursaturation (c’est-à-dire la vitesse d’addition) était maximale. Dans les conditions optimales, on a pu obtenir une émulsion à cristaux cubiques de 1,0 µ de côté avec une déviation standard inférieure à 0,02 µ. La vitesse d’addition maximale était telle que l’augmentation en volume des cristaux était proportionnelle à l’aire superficielle plus une petite constante, c’est-à-dire que la vitesse de croissance des dimensions linéaires était presque constante. Tenant compte de cette observation et des effets de la distance séparant les cristaux, on a conclu que la vitesse de croissance était contrôlée principalement par la polynucléation à la surface des cristaux et non par la diffusion.

Zusammenfassung

Mittels gestuertem Doppeleinlauf bei konstantem pAG wurden monodisperse reine AgBr-Emulsionen durch Auffällen auf eine vorgelegte Keimemulsion hergestellt. Die maximale Zulaufgeschwindigkeit, die jeweils die maximal erreichbare Übersättigung ohne das Auftreten neuer Keime bestimmt, wurde experimentell ermittelt. Bei jeweils konstanter Übersättigung (Zulaufgeschwindigkeit) wurde der Einfluss von Kristallgrösse, und Kristallkonzentration bzw. mittlerem Abstand in der Lösung untersucht. Die engste Korngrössenverteilung wurde bei maximaler Übersättigung erreicht. Unter optimalen Bedingungen wurden kubische Kristalle mit einer Standardabweichung von 0,02 µ. bei einer Kantenlänge von 1,0 µ erhalten. Bei maximaler Zulaufgeschwindigkeit erfolgt das Wachstum der Kristalle in guter Näherung proportional zur Kristalloberfläche. Es wird geschlossen, dass die Wachstumsgeschwindigkeit in erster Linie durch die Keimbildung an der Kristalloberfläche und nicht durch die Diffusion begrenzt wird.

Riassunto

Sono state preparate emulsioni monodisperse di bromuro d’argento da cristalli nucleanti mantenuti in una soluzione sovrasatura per doppio getto e pAg costante. Sono state determinate le velocità di aggiunta necessarie per mantenere al massimo la sovrasaturazione senza che abbia luogo una rinucleazione; ciò permette di fare esperimenti ad una prefissata, sebbene sconosciuta, sovrasaturazione. In queste condizioni sono stati esaminati gli effetti del numero e della dimensione dei cristalli nonchè della distanza intercristallina. La distribuzione più stretta delle dimensioni si è ottenuta quando la supersaturazione (cioè, velocità di aggiunta) era al massimo. In condizioni ottimali si possono ottenere emulsioni con cristalli cubici aventi uno scarto quadratico medio inferiore a 0,02 u su 1,0 u di lato. La velocità di aggiunta massima è tale che l’aumento in volume dei cristalli risulta proporzionale all’area superficiale più una piccola costante, cioè la velocità di crescita delle dimensioni lineari è quasi una costante. Da questo fatto e dagli effetti della distanza fra cristallo e cristallo se ne conclude che la velocità di crescita viene controllata principalmente da polinucleazione sulla superficie del cristallo e non dalla diffusione.