Одной из распространенных форм роста кристаллов является нитевидная форма. Нитевидными кристаллами (вискерсами, усами, волокнами) называются такие кристаллы, у которых отношение длины к диаметру составляет не менее чем 103. К нитевидным относят кристаллы с диаметром до 20 мк.
Изучение свойств нитевидных кристаллов и их рост стало предметом многочисленных исследований, главным образом физиков, металлургов и кристаллографов. Свойства их оказались необычными: а) совершенное, почти бездефектное монокристаллическое строение; б) гладкая поверхность граней; в) прочность, близкая к рассчитанной теоретически на основе сил межатомного взаимодействия (она в десятки, а иногда и в сотни раз превосходит прочность кристаллов тех же веществ, полученных обычным способом); г) способность после деформации полностью восстанавливать свою форму и размеры при нагреве; д) малая скорость растворения, окисления и испарения; е) высокая электропроводность при низких температурах и др.
Рост нитевидных кристаллов может происходить из расплавов, растворов, гелей, при конденсации паров и из твердой фазы.
Общим условием для роста нитевидных кристаллов в природе является пористое основание (подложка), на котором они нарастают. В лабораторных условиях чаще всего их получают при конденсации паров на пористом основании, но также из расплавов методом Чохральского.
Рост нитевидного кристалла на пористом основании, как впервые установил Р. Шмидт, происходит за счет действия кристаллизационной силы. Как вычислил Шмидт, нитевидный кристалл округлого сечения, диаметром 0,02 мм может развивать давление роста, достаточное для выталкивания своего собственного веса до достижения длины 805 мм.
Рост нитевидного кристалла может происходить как с основания, так и с вершины. Так, волокнистые кристаллы железного купороса растут на пористом кирпиче, погруженном в водный раствор сульфата железа, при этом питающий раствор поднимается по порам капиллярными силами и испаряется у вершины. Шмидт получал волокнистые кристаллы при медленном испарении раствора, пропитывающего пористую черепицу. Окрасив вершины волокон фуксином, автор убедился, что рост нитей происходит у основания.
Рост кристаллических усов из расплава можно продемонстрировать на примере льда, пучки параллельных волокон которого вырастают из почвы, когда обильные дожди сменяются заморозками. Иногда ледяные кристаллы при своем росте могут поднимать обломки породы.
Для некоторых веществ, получающихся конденсацией из паров (SbзОз, SeSз и др.), нитевидная форма является наиболее обычой. Таким же образом получены нитевидные кристаллы Hg, Zn, Сd, Ag, ZnS, CdS. Г. В. Бережковой осаждением из паров олучены нитевидные кристаллы сапфира. Усы серебра возникают при электролизе сильно концентрированного раствора AgNO3
Механизм роста нитевидных кристаллов еще окончательно не выяснен. Сначала представления о росте нитевидных кристаллов основывались на идее Франка о росте кристаллов путем осаждения вещества около выхода винтовой дислокации на грань растущего кристалла. Однако скорость роста нитевидного кристалла почти в тысячу раз превышает рассчитанную на основе указанных предположений. Это расхождение Г. Сирсом было устранено предположением, что рост происходит также и за счет частиц, поступающих на боковую поверхность растущего уса, мигрирующих затем по поверхности к его концу, где они и встраиваются в структуру. Утолщение нитевидного кристалла происходит от новых слоев, зарождающихся у его основания.
Однако, отсутствие винтовых дислокаций в нитевидных кристаллах свидетельствует о несоответствии теории Сирса действительности.