Набор для наномасштабного моделирования кристаллических структур с получением моделей открытого типа (варианты)

Набор для наномасштабного моделирования кристаллических структур с получением моделей открытого типа (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к учебным наглядным пособиям, предназначенным для демонстрационных целей, а также к научным приборам, предназначенным для визуализации пространственного строения или структуры кристаллических веществ, а именно, к трем вариантам набора для моделирования кристаллических структур различных видов, позволяющего получать модели открытого типа с воспроизведением размеров атомов или ионов и расстояний между ними в заданном масштабе по отношению к реальной наноструктуре.

Известны различные подходы к конструктивному выполнению моделей кристаллического строения вещества. При всем разнообразии моделей они могут быть подразделены на две основные группы: "закрытые" и "открытые" (см.: Deane K. Smith. Bibliography on Molecular and Crystal Structure Models. U.S. department of commerce. National bureau of standards. National Bureau of Standards Monograph 14. Issued May 20, 1960 [1]).

В "закрытых" моделях элементы, представляющие собою обычно шары (иногда усеченные) или многогранники, имитирующие атомы или ионы, образующие кристалл, практически полностью заполняют пространство, т.е. размещены таким образом, что обеспечивается их касание по границам поверхностей или по плоскостям сечений (срезов).

Фиксация относительного положения элементов, контактирующих друг с другом, осуществляется различными путями, например, приданием их поверхностям адгезивных свойств (см. патентную заявку Японии №2005-292392, опубл. 20.10.2005 [2]). Моделям такого типа, возможно, присущи специфические достоинства, однако они имеют недостаточную наглядность из-за их перегруженности, "закрытого" характера, невозможности наблюдения и измерения расстояний между ионами или атомами. Они предназначены, в основном, для иллюстрации вида кристаллической решетки, кристаллической структуры, характера упаковки частиц в кристалле, однако при этом искажают либо размеры атомов (ионов), либо расстояния между этими атомами (ионами), либо и то, и другое.

К "открытым" моделям, в первую очередь, относятся шаростержневые модели (см., например: В.М. Потапов. Стереохимия. Москва, Изд. "Химия", 1988, с. 10-11 [3]; патент Великобритании №1144851, опубл. 12.03.1969 [4]).

В этих моделях элементы, имитирующие атомы или ионы, образующие кристалл, имеют такие размеры и размещены на таких расстояниях друг от друга, которые позволяют свободно наблюдать их относительное расположение и измерять расстояния между ними. Это является важным преимуществом моделей "открытого" типа. Конструкции моделей такого типа тоже весьма разнообразны. Наиболее распространены модели, содержащие элементы в виде шариков, имитирующих образующие кристалл атомы или ионы, и соединяющие эти шарики стержневые элементы, ориентированные в соответствии с геометрией кристаллической решетки, что позволяет объемно отобразить строение кристалла.

Однако и в пользовательском, и в технологическом отношении такие модели недостаточно удобны. Для сохранения правильного отображения взаимного расположения атомов или ионов при пользовании моделью необходима механическая фиксация модели, исключающая возможность вращения вокруг стержневых связей. Поэтому сборка пространственных стержневых конструкций с соблюдением правильного взаимного расположения элементов чрезвычайно трудоемка. Производство подобных моделей сложно осуществить, даже если необходимо тиражирование модели одного и того же кристалла. Тем не менее, такие модели наиболее распространены. По названным причинам нередко они поступают в продажу не собранными, а в виде набора шариков и стерженьков, с возложением сборки на пользователя. Вместе с тем выполнение в виде набора создает существенно более широкие возможности для демонстрации и изучения кристаллических структур не только отдельных веществ, но и целых их классов. Однако весьма непростой задачей при изготовлении таких наборов является получение в шариках отверстий, в которые должны быть вставлены концы соединительных стержней, поскольку в каждом шарике может потребоваться выполнение нескольких отверстий, ориентированных в пространстве под определенными углами друг к другу. Известны изобретения, специально посвященные средствам для выполнения таких отверстий (см., например, упомянутый выше патент [4], в котором описано устройство для обеспечения приемлемой точности при изготовлении отверстий в шариках, ориентированных требуемым образом). При этом "ассортимент" шариков в таких наборах должен быть чрезвычайно широк, так как атомы одного и того же химического элемента в составе кристаллических структур разных веществ расположены по-разному относительно других атомов и, следовательно, имитирующие их шарики должны иметь по-разному расположенные отверстия.

К наборам для сборки моделей "открытого" типа может быть также отнесено техническое решение по патенту Японии №2642910 (опубл. 20.08.1997) [5]. Это решение предусматривает наличие нескольких рамок для размещения на вертикальных стойках на разных уровнях с возможностью регулирования положения по высоте. На рамках, в свою очередь, установлены с возможностью изменения положения по горизонтали рейки с продольными прорезями. В последних установлены с возможностью перемещения детали для крепления элементов, имитирующих составляющие кристалл частицы. В совокупности перечисленные части конструкции устройства и возможности перемещения, которыми они располагают, при достаточном количестве этих частей позволяют установить любой элемент, имитирующий содержащуюся в кристалле частицу, практически в любое положение в пространстве, ограниченном габаритными размерами модели. При этом упомянутые элементы, установленные в прорезях реек, снабжены дополнительной возможностью регулирования расположения по высоте, т.е. на разном расстоянии от рейки, элемента, имитирующего содержащуюся в кристалле частицу. Это позволяет обойтись меньшим количеством рамок, установленных на вертикальных стойках. В данном наборе при выполнении элементов, имитирующих образующие кристалл частицы, в виде шариков отсутствует проблема изготовления в шариках отверстий, ориентированных относительно друг друга определенным образом. Тем не менее, как видно из изложенного, конструкция элементов набора является весьма сложной.

Более удобен набор, описанный в патенте США №4014110 (опубл. 29.03.1977) [6]. При использовании этого набора объемные элементы в виде шариков, имитирующих атомы или ионы, размещают на вертикальных стержнях, устанавливаемых на основании. Количество стержней и геометрия их взаимного расположения подобраны так, что они могут быть использованы для размещения на разной высоте нескольких шариков, имитирующих атомы или ионы кристалла конкретного вещества. Такой набор пригоден и для получения моделей, иллюстрирующих плотную упаковку частиц в кристалле, хотя и теряющих при этом преимущество наглядности, поскольку модели становятся закрытыми. Проблема изготовления в шариках отверстий, ориентированных относительно друг друга определенным образом, в данном наборе, как и в предыдущем, отсутствует, так как достаточно иметь единственное диаметральное отверстие в каждом шарике, и вместе с тем этот набор в конструктивном отношении значительно проще предыдущего.

К недостаткам такого набора следует отнести сам факт наличия стержней, заслоняющих собою атомную кристаллическую структуру и создающих впечатление о наличии некоторых особых вертикальных связей между атомами (ионами) в кристаллической структуре. Кроме того, невозможно моделирование структур со сравнительно малыми межатомными расстояниями в плоскости горизонтальной проекции, когда радиус шарика, закрепленного на стержне, окажется больше, чем расстояние до соседнего стержня, который, в подобном случае из технологического элемента превращается в неустранимую помеху. А в случае, когда на одной и той же вертикали нужно разместить шарики существенно различающихся размеров, стержень, толщина которого должна быть меньше диаметра наименьшего шарика, может оказаться слишком тонким для того, чтобы обладать достаточной жесткостью и устойчивостью при размещении на нем всех шариков, находящихся на данной вертикали. Для преодоления подобных ситуаций может потребоваться использование разных масштабов для отображения межатомных расстояний и размеров атомов, т.е. нарушение адекватности модели. Очевидны и сложности технологического характера, связанные с необходимостью точного закрепления каждого шарика в отдельности на заданной высоте.

Известны также модели кристаллических структур по патенту РФ на полезную модель №119504 (опубл. 20.08.2012) [7] и патенту РФ на изобретение №2494466 (опубл. 29.09.2013) [8]. Эти модели содержат объемные элементы, имитирующие атомы или ионы моделируемой кристаллической структуры. Указанные элементы размещены на нескольких установленных параллельно друг другу плоских прозрачных пластинах постоянной толщины, имитирующих кристаллографические плоскости моделируемых кристаллических структур. Каждый из этих элементов может быть выполнен в виде двух одинаковых шаровых сегментов, расположенных симметрично друг другу по разные стороны пластины и соединенных друг с другом с помощью штифта, проходящего через отверстие в пластине. Для параллельной установки пластин используются закрепляемые на основании вертикальные стойки, проходящие через отверстия на краях пластин, и разделительные элементы в виде надеваемых на стойки втулок. При этом количество пластин и размещенных на них элементов таково, что их совокупность имитирует хотя бы одну элементарную ячейку моделируемой структуры.

Совокупность элементов каждого из устройств по патентам [7], [8] может рассматриваться как набор для моделирования различных кристаллических структур с получением моделей открытого типа. Такой набор содержит множество плоских прозрачных пластин постоянной толщины с отверстиями. При этом количество и конфигурация взаимного расположения отверстий, а также расстояния между ними на каждой пластине выбраны, исходя из совокупности моделируемых видов кристаллических структур с учетом необходимости отображения взаимного расположения атомов или ионов в параллельных кристаллографических плоскостях в каждой из подлежащих моделированию структур. Набор содержит также множество упомянутых пар шаровых сегментов со штифтами. Кроме того, набор содержит основание и одну или несколько предназначенных для установки на нем вертикально стоек с совокупностью разделительных втулок, позволяющих размещать пластины на стойках горизонтально на различных расстояниях друг от друга.

Набор для моделирования кристаллических структур, в котором использован принцип моделирования по патентам [7] и [8], наиболее близок к техническому решению по всем вариантам предлагаемого изобретения. Безусловным достоинством моделей, получаемых с использованием этого принципа, является их масштабность, т.е. имитация, воспроизведение реальной кристаллической наноструктуры (и размеров атомов или ионов, и расстояний между ними) в заданном, строго выдержанном масштабе.

Однако изготовление и практическое использование такого набора усложнено тем, что необходимо иметь множество отличающихся друг от друга плоских прозрачных пластин (а следовательно, и тем, что необходимы изготовление этого множества пластин, их хранение и поиск в процессе работы нужной пластины) с отверстиями, количество, конфигурация взаимного расположения которых и расстояния между которыми на каждой пластине должны соответствовать взаимному расположению атомов или ионов в кристаллографических плоскостях каждой конкретной из подлежащих моделированию структур, с соблюдением масштаба. Кроме того, недостатком такого набора является необходимость наличия в нем множества разделительных втулок различных размеров для обеспечения возможности размещения пластин на стойках горизонтально на различных расстояниях друг от друга, соответствующих всему, и встречающемуся в природе, и синтезируемому многообразию кристаллических структур и соответствующих межплоскостных расстояний в подлежащих моделированию структурах. Наконец, фиксация шаровых сегментов на пластинах с помощью штифтов, хотя и обеспечивает возможность многократной установки сегментов при сборке моделей и их трансформировании, т.е. при переходе от одной модели к другой, очень неудобна и затруднительна даже при небольшом количестве таких элементов в элементарной ячейке моделируемой структуры.

Предлагаемое изобретение по всем вариантам направлено на достижение технического результата, заключающегося в обеспечении простоты и удобства пользования набором и легкой трансформируемости моделей, а также в расширении совокупности моделируемых кристаллических структур без увеличения количества видов прозрачных пластин, предназначенных для размещения на них элементов, имитирующих атомы или ионы, в упрощении конструкции пластин за счет изготовления их совершенно одинаковыми и без отверстий для установки элементов, имитирующих атомы или ионы, с одновременным исключением необходимости фиксации каждого из таких элементов с помощью штифтов, а также в сокращении многообразия размеров разделительных элементов для установки пластин на стойках.

Ниже при раскрытии сущности изобретения по каждому из предлагаемых вариантов набора и при рассмотрении их осуществления и использования могут быть названы и другие виды достигаемого технического результата.

Набор для моделирования кристаллических структур по первому варианту предлагаемого изобретения, как и указанный выше наиболее близкий к нему набор, реализующий принцип моделирования по патентам [7] и [8], содержит основание и одну или более предназначенных для установки на нем стоек, а также комплект предназначенных для размещения на указанных стойках плоских прозрачных пластин постоянной толщины, имитирующих кристаллографические плоскости моделируемых кристаллических структур, каждая из которых имеет по краям отверстия для указанных стоек по числу этих стоек. Кроме того, набор содержит разделительные элементы, предназначенные для расположения на указанных стойках между соседними плоскими прозрачными пластинами и обеспечения размещения этих пластин при сборке модели параллельно основанию на требуемых расстояниях друг от друга, а также множество элементов разного размера и цвета для имитирования атомов или ионов, входящих в состав моделируемых кристаллических структур. При этом каждый из таких элементов, содержит пару одинаковых по размеру и цвету шаровых сегментов, предназначенных для размещения симметрично друг другу на разных сторонах одной из указанных плоских прозрачных пластин.

Для достижения названного выше технического результата в предлагаемом наборе по первому варианту, в отличие от указанного наиболее близкого к нему известного набора, все плоские прозрачные пластины указанного комплекта выполнены одинаковыми. В каждой паре указанных шаровых сегментов один из них выполнен в виде постоянного магнита или из немагнитного материала со вставкой в виде постоянного магнита, а другой выполнен либо целиком из магнитно-мягкого материала, либо в виде постоянного магнита, либо из немагнитного материала со вставкой в виде постоянного магнита или из магнитно-мягкого материала. При этом магниты обоих шаровых сегментов имеют направления намагничивания, обеспечивающие возможность встречной взаимной ориентации противоположных полюсов указанных магнитов при размещении содержащих их шаровых сегментов на указанной плоской прозрачной пластине. Для формирования упомянутых разделительных элементов предлагаемый набор содержит множество шайб. Набор содержит также шаблоны по количеству параллельных кристаллографических плоскостей в моделируемых кристаллических структурах с нанесенными на них контурами отверстий для стоек или контурами, повторяющими полностью или частично форму краев указанных плоских прозрачных пластин. На шаблоны нанесена также индивидуальная для каждого из них разметка, отображающая требуемое расположение указанных шаровых сегментов в соответствии со взаимным расположением центров атомов или ионов в кристаллографических плоскостях моделируемых кристаллических структур. Кроме того, набор по первому варианту содержит фломастер для переноса указанной разметки на плоские прозрачные пластины при наложении их на шаблоны с совмещением краев указанных пластин или отверстий в них с их контурами на шаблоне.

(Выше при характеристике элемента для имитирования атомов или ионов использована терминология, применяемая в технологии постоянных магнитов, см., например: Постоянные магниты. Справочник. Под ред. Ю.М. Пятина. Москва, "Энергия", 1980, 488 с. [9]. Эта терминология будет использована и в дальнейшем, при описании предлагаемого набора по второму и третьему вариантам).

При описанном выполнении предлагаемого набора по первому варианту шаровые сегменты каждой используемой пары, образующей элемент, имитирующий атом или ион, при сборке модели благодаря действию сил магнитного притяжения могут быть легко зафиксированы симметрично друг другу с двух сторон любой плоской прозрачной пластины на местах, предварительно отмеченных фломастером. Перемещение рукой одного из сегментов по пластине сопровождается одновременным с ним скользящим симметричным перемещением другого сегмента, притягиваемого к первому сегменту магнитной силой и прижимаемого этой силой к противоположной стороне пластины. Этим обеспечивается легкая и удобная установка элемента для имитирования атома или иона в нужном месте пластины. Столь же легко могут быть осуществлены его снятие и замена.

Целесообразны размещение каждой из указанных вставок в шаровом сегменте элемента для имитирования атомов или ионов, содержащем такую вставку, со стороны плоской поверхности основания данного шарового сегмента заподлицо с нею и выполнение данной вставки в форме цилиндра с осью, ориентированной по радиусу этого шарового сегмента, перпендикулярному его основанию, причем во вставке, выполненной в виде постоянного магнита, последний предпочтительно имеет аксиальное или диаметральное направление намагничивания. Такое выполнение технологично и облегчает соблюдение условия, согласно которому должна быть обеспечена встречная взаимная ориентации противоположных полюсов магнитов шаровых сегментов при размещении их на плоской прозрачной пластине.

Описанное выполнение элементов, имитирующих атомы или ионы, не только упрощает их установку, но и делает возможным выполнение всех плоских прозрачных пластин одинаковыми и имеющими только отверстия для стоек, освобождая от необходимости изготовления огромного количества разных пластин по суммарному количеству параллельных кристаллографических плоскостей во всех моделируемых структурах с индивидуальным для каждой пластины расположением отверстий.

Благодаря совокупности отмеченных взаимосвязанных особенностей трансформирование моделей, создаваемых с помощью предлагаемого набора, становится нетрудным. То обстоятельство, что все плоские прозрачные пластины в наборе одинаковы и имеют только отверстия для установки на стойки, позволяет иметь небольшое количество пластин, зависящее только от количества кристаллографических плоскостей в элементарной ячейке той из структур, моделируемых с помощью предлагаемого набора, в которой это количество максимально. При установке плоских прозрачных пластин на стойки для формирования различных разделительных элементов могут быть использованы одинаковые шайбы, что освобождает от необходимости иметь множество разделительных элементов, размеры которых соответствовали бы разным конкретным расстояниям между кристаллографическими плоскостями моделируемых кристаллических структур.

Предлагаемый набор по первому варианту может дополнительно содержать еще одно или несколько оснований и по одной или более предназначенных для установки на каждом из этих оснований стоек. Это позволяет осуществить моделирование одновременно нескольких разных кристаллических структур, в том числе структур различных типов, и сделать возможным их наглядное сравнение.

В частном случае все упомянутые шайбы, предназначенные для формирования из них разделительных элементов, могут быть одинаковой толщины. Последняя может быть выбрана, например, исходя из приемлемой погрешности отображения в модели расстояний между кристаллографическими плоскостями моделируемой кристаллической структуры.

В другом частном случае предлагаемый набор может содержать несколько комплектов шайб, в каждом из которых все шайбы имеют одинаковую толщину. При этом в первом из комплектов все шайбы имеют наименьшую толщину, а в каждом из других комплектов - толщину, кратную толщине шайб в первом комплекте, при разной кратности для разных комплектов. Это позволяет уменьшить количество шайб, используемых при формировании более протяженных разделительных элементов, и ускорить сборку модели. Наименьшая толщина для шайб первого комплекта может быть выбрана, как и в предыдущем случае, исходя из приемлемой погрешности отображения в модели расстояний между кристаллографическими плоскостями моделируемой кристаллической структуры.

Наиболее целесообразное количество стоек, предназначенных для установки на основании и размещения на них пластин, равно двум.

В частном случае в состав набора по первому предлагаемому варианту может быть включена губка для стирания линий разметки, нанесенных фломастером. В этом случае использование набора возможно без привлечения сторонних средств для указанной цели.

Находящийся в эксплуатации набор может пополняться транспарантами по мере необходимости, как и элементами, имитирующими атомы или ионы.

Набор для моделирования кристаллических структур по второму варианту предлагаемого изобретения, как и указанный выше наиболее близкий к нему набор, реализующий принцип моделирования по патентам [7] и [8], содержит основание и одну или более предназначенных для установки на нем стоек, а также комплект предназначенных для размещения на указанных стойках плоских прозрачных пластин постоянной толщины, имитирующих кристаллографические плоскости моделируемых кристаллических структур, каждая из которых имеет по краям отверстия для указанных стоек по числу этих стоек. Кроме того, набор содержит разделительные элементы, предназначенные для расположения на указанных стойках между соседними плоскими прозрачными пластинами и обеспечения размещения этих пластин при сборке модели параллельно основанию на требуемых расстояниях друг от друга, а также множество элементов разного размера и цвета для имитирования атомов или ионов, входящих в состав моделируемых кристаллических структур. При этом каждый из таких элементов содержит пару одинаковых по размеру и цвету шаровых сегментов, предназначенных для размещения симметрично друг другу на разных сторонах одной из указанных плоских прозрачных пластин.

Для достижения названного выше технического результата в предлагаемом наборе по второму варианту, в отличие от указанного наиболее близкого к нему набора, все пластины указанного комплекта выполнены одинаковыми. В каждой паре указанных шаровых сегментов один из них выполнен в виде постоянного магнита или из немагнитного материала со вставкой в виде постоянного магнита, а другой выполнен либо целиком из магнитно-мягкого материала, либо в виде постоянного магнита, либо из немагнитного материала со вставкой в виде постоянного магнита или из магнитно-мягкого материала, при этом магниты обоих шаровых сегментов имеют направления намагничивания, обеспечивающие возможность встречной взаимной ориентации противоположных полюсов указанных магнитов при размещении содержащих их шаровых сегментов на плоской прозрачной пластине. Для формирования указанных разделительных элементов предлагаемый набор содержит множество шайб. Набор содержит также трафареты по количеству параллельных кристаллографических плоскостей в моделируемых кристаллических структурах, выполненные из прозрачной пленки. Трафареты идентичны по форме и размерам указанным плоским прозрачным пластинам и имеют индивидуальную для каждого из них совокупность отверстий, расположенных в соответствии со взаимным расположением центров атомов или ионов в кристаллографических плоскостях моделируемых кристаллических структур. Отверстия предназначены для того, чтобы после наложения трафарета на плоскую прозрачную пластину в этих отверстиях могли быть установлены своими плоскими поверхностями указанные шаровые сегменты элементов для имитирования атомов или ионов.

При описанном выполнении предлагаемого набора по второму варианту шаровые сегменты каждой используемой пары, образующей элемент, имитирующий атом или ион, при сборке модели благодаря наличию сил магнитного взаимодействия могут быть легко зафиксированы симметрично друг другу относительно любой плоской прозрачной пластины с обеих ее сторон на местах, определяемых расположением отверстий в трафарете, наложенном на пластину. Перемещение рукой одного из сегментов по пластине сопровождается одновременным с ним скользящим симметричным перемещением другого сегмента, притягиваемого к первому сегменту магнитной силой и прижимаемого этой силой к противоположной стороне пластины. Этим обеспечивается легкая и удобная установка элемента для имитирования атома или иона в нужном месте пластины. Столь же легко могут быть осуществлены его снятие и замена.

Предпочтительны размещение каждой из указанных вставок в шаровом сегменте элемента для имитирования атомов или ионов, содержащем такую вставку, со стороны плоской поверхности основания данного шарового сегмента заподлицо с нею и выполнение данной вставки в форме цилиндра с осью, ориентированной по радиусу этого шарового сегмента, перпендикулярному его основанию, причем во вставке, выполненной в виде постоянного магнита, последний предпочтительно имеет аксиальное или диаметральное направление намагничивания. Такое выполнение технологично и облегчает соблюдение условия, согласно которому должна быть обеспечена встречная взаимная ориентации противоположных полюсов магнитов шаровых сегментов при размещении их на плоской прозрачной пластине.

Описанное выполнение элементов, имитирующих атомы или ионы, не только упрощает их установку, но и делает возможным выполнение всех плоских прозрачных пластин одинаковыми и имеющими только отверстия для стоек, освобождая от необходимости изготовления огромного количества разных пластин по суммарному количеству параллельных кристаллографических плоскостей во всех моделируемых структурах с индивидуальным для каждой пластины расположением отверстий. Прозрачность трафарета облегчает установку на пластине упомянутых шаровых сегментов со стороны, противоположной наложенному трафарету. После завершения размещения на пластине элементов, имитирующих атомы или ионы, пластина может быть установлена на стойке (стойках) на требуемом расстоянии от предыдущей пластины с помощью входящих в состав набора разделительных элементов в виде шайб. Возможность снятия трафарета после завершения установки элементов, имитирующих атомы или ионы моделируемой кристаллической структуры, позволяет обеспечить лучшую наблюдаемость указанных элементов в собранной модели при большом количестве кристаллографических плоскостей в моделируемой кристаллической структуре.

Для того, чтобы сборка модели, включая установку пластин на стойки, была возможна и без снятия трафаретов (в случае, когда модель содержит немного пластин и ухудшение наблюдаемости структуры модели, вызываемой недостаточной прозрачностью трафаретов, незначительно), последние могут иметь отверстия для стоек в тех местах, где нанесены контуры этих отверстий.

Благодаря совокупности отмеченных особенностей трансформирование моделей, создаваемых с помощью предлагаемого набора, становится нетрудным. То обстоятельство, что все плоские прозрачные пластины в наборе одинаковы и имеют только отверстия для установки на стойки, позволяет иметь небольшое количество пластин, зависящее только от количества кристаллографических плоскостей в элементарной ячейке той из структур, моделируемых с помощью предлагаемого набора, в которой это количество максимально. При установке плоских прозрачных пластин на стойки для формирования различных разделительных элементов могут быть использованы одинаковые шайбы, что освобождает от необходимости иметь множество разделительных элементов, размеры которых соответствовали бы разным конкретным расстояниям между кристаллографическими плоскостями моделируемых кристаллических структур.

В наборе по второму варианту, в отличие от первого, шаблоны заменены более сложными в изготовлении трафаретами. Однако трафарет более удобен благодаря отсутствию необходимости переносить разметку с шаблонов на пластины с помощью фломастера. Вместе с тем, трафареты, выполненные из прозрачной пленки, являются не очень сложными элементами и могут быть изготовлены известным методом полиграфии с вырубкой.

Предлагаемый набор по второму варианту может дополнительно содержать еще одно или несколько оснований и по одной или более предназначенных для установки на каждом их этих оснований стоек. Это позволяет осуществить моделирование одновременно нескольких разных кристаллических структур, в том числе структур различных типов, и сделать возможным их наглядное сравнение.

В частном случае все упомянутые шайбы, предназначенные для формирования из них разделительных элементов, могут быть одинаковой толщины. Последняя может быть выбрана, например, исходя из приемлемой погрешности отображения в модели расстояний между кристаллографическими плоскостями моделируемой кристаллической структуры.

В другом частном случае предлагаемый набор может содержать несколько комплектов шайб, в каждом из которых все шайбы имеют одинаковую толщину. При этом в первом из комплектов все шайбы имеют наименьшую толщину, а в каждом из других комплектов - толщину, кратную толщине шайб в первом комплекте, при разной кратности для разных комплектов. Это позволяет уменьшить количество шайб, используемых при формировании более протяженных разделительных элементов и ускорить сборку модели. Наименьшая толщина для шайб первого комплекта может быть выбрана, как и в предыдущем случае, исходя из приемлемой погрешности отображения в модели расстояний между кристаллографическими плоскостями моделируемой кристаллической структуры.

Находящийся в эксплуатации набор может пополняться трафаретами по мере необходимости, как и элементами, имитирующими атомы или ионы.

Набор для моделирования кристаллических структур по третьему варианту предлагаемого изобретения, как и указанный выше наиболее близкий к нему набор, реализующий принцип моделирования по патентам [7] и [8], содержит основание и одну или более предназначенных для установки на нем стоек, а также комплект предназначенных для размещения на указанных стойках плоских прозрачных пластин постоянной толщины, имитирующих кристаллографические плоскости моделируемых кристаллических структур, каждая из которых имеет по краям отверстия для указанных стоек по числу этих стоек. Кроме того, набор содержит разделительные элементы, предназначенные для расположения на указанных стойках между соседними плоскими прозрачными пластинами и обеспечения размещения этих пластин при сборке модели параллельно основанию на требуемых расстояниях друг от друга, а также множество элементов разного размера и цвета для имитирования атомов или ионов, входящих в состав моделируемых кристаллических структур. При этом каждый из таких элементов содержит пару одинаковых по размеру и цвету шаровых сегментов, предназначенных для размещения симметрично друг другу на разных сторонах одной из указанных плоских прозрачных пластин.

Для достижения названного выше технического результата в предлагаемом наборе по третьему варианту, в отличие от указанного наиболее близкого к нему известного набора, все пластины указанного комплекта выполнены одинаковыми. В каждой паре указанных шаровых сегментов один из них выполнен в виде постоянного магнита или из немагнитного материала со вставкой в виде постоянного магнита, а другой выполнен либо целиком из магнитно-мягкого материала, либо в виде постоянного магнита, либо из немагнитного материала со вставкой в виде постоянного магнита или из магнитно-мягкого материала, при этом магниты обоих шаровых сегментов имеют направления намагничивания, обеспечивающие возможность встречной взаимной ориентации противоположных полюсов указанных магнитов при размещении содержащих их шаровых сегментов на плоской прозрачной пластине. Для формирования указанных разделительных элементов предлагаемый набор содержит множество шайб. Набор содержит также выполненные из прозрачной пленки транспаранты по количеству параллельных кристаллографических плоскостей в моделируемых кристаллических структурах, идентичные по форме и размерам указанным плоским прозрачным пластинам, включая выполненные в последних отверстия для указанных стоек. На транспаранты нанесена индивидуальная для каждого из них разметка, отображающая требуемое расположение элементов, имитирующих атомы или ионы в соответствии со взаимным расположением их центров в кристаллографических плоскостях моделируемых кристаллических структур.

При описанном выполнении предлагаемого набора по третьему варианту транспаранты остаются на пластинах после размещения на них элементов, имитирующих атомы или ионы, и установки пластин на стойки. Шаровые сегменты каждой используемой пары, образующей элемент, имитирующий атом или ион, при сборке модели благодаря наличию, как минимум, в одном из них магнита могут быть легко зафиксированы симметрично друг другу с двух сторон любой плоской прозрачной пластины с наложенным на нее транспарантом в местах, определяемых его разметкой. Перемещение рукой одного из сегментов по пластине сопровождается одновременным с ним скользящим симметричным перемещением другого сегмента, притягиваемого к первому сегменту магнитной силой и прижимаемого этой силой к противоположной стороне пластины. Этим обеспечивается легкая и удобная установка элемента для имитирования атома или иона в нужном месте пластины. Столь же легко могут быть осуществлены его снятие и замена.

Целесообразны размещение каждой из указанных вставок в шаровом сегменте элемента для имитирования атомов или ионов, содержащем такую вставку, со стороны плоской поверхности основания данного шарового сегмента заподлицо с нею и выполнение данной вставки в форме цилиндра с осью, ориентированной по радиусу этого шарового сегмента, перпендикулярному его основанию, причем во вставке, выполненной в виде постоянного магнита, последний предпочтительно имеет аксиальное или диаметральное направление намагничивания. Такое выполнение технологично и облегчает соблюдение условия, согласно которому должна быть обеспечена встречная взаимная ориентации противоположных полюсов магнитов шаровых сегментов при размещении их на плоской прозрачной пластине.

Описанное выполнение элементов, имитирующих атомы или ионы, не только упрощает их установку, но и делает возможным как в данном, так и других вариантах предлагаемого набора, выполнение всех плоских прозрачных пластин одинаковыми и имеющими только отверстия для стоек, освобождая от необходимости изготовления огромного количества разных пластин по суммарному количеству параллельных кристаллографических плоскостей во всех моделируемых структурах с индивидуальным для каждой пластины расположением отверстий.

Благодаря совокупности отмеченных особенностей трансформирование моделей, создаваемых с помощью предлагаемого набора в данном варианте его выполнения становится нетрудным. Использование одинаковых пластин, имеющих отверстия только для установки их на стойки, позволяет иметь в наборе небольшое количество пластин, зависящее только от кол