Kristali su čvrsta tijela pravilnog geometrijskog oblika. Struktura unutar koje se nalaze uređene čestice naziva se kristalna rešetka. Tačke lokacije čestica u kojima one osciliraju nazivaju se čvorovi kristalne rešetke. Sva ova tijela su podijeljena na monokristale i polikristale.
Šta su monokristali
Pojedinačni kristali su monokristali u kojima kristalna rešetka ima jasan red. Često jedan kristal ima pravilan oblik, ali ova karakteristika nije obavezna pri određivanju vrste kristala. Većina minerala su monokristali.
Spoljni oblik zavisi od brzine rasta supstance. Uz sporo povećanje i homogenost materijala, kristali imaju ispravan rez. Pri srednjoj brzini, rez nije izražen. Pri visokoj stopi kristalizacije rastu polikristali koji se sastoje od mnogo pojedinačnih kristala.
Klasični primjeri monokristala su dijamant, kvarc,topaz. U elektronici su od posebnog značaja monokristali, koji imaju svojstva poluprovodnika i dielektrika. Legure monokristala karakteriše povećana tvrdoća. Ultračisti monokristali imaju ista svojstva bez obzira na porijeklo. Hemijski sastav minerala zavisi od brzine rasta. Što sporije raste kristal, njegov sastav je savršeniji.
Polycrystals
Pojedinačne kristale i polikristali karakteriše visoka molekularna interakcija. Polikristal se sastoji od mnogo pojedinačnih kristala i ima nepravilan oblik. Ponekad se nazivaju kristalitima. Pojavljuju se kao rezultat prirodnog rasta ili se uzgajaju umjetno. Polikristali mogu biti legure, metali, keramika. Glavne karakteristike čine svojstva monokristala, ali su veličine zrna, rastojanje između njih i granice zrna od velike važnosti. U prisustvu granica, fizičke karakteristike polikristala se značajno mijenjaju, snaga se smanjuje.
Polikristali nastaju kao rezultat kristalizacije, promjena u kristalnom prahu. Ovi minerali su manje stabilni od pojedinačnih kristala, što rezultira neujednačenim rastom pojedinačnih zrna.
Polimorfizam
Pojedinačni kristali su supstance koje mogu postojati u dva stanja odjednom, koja će se razlikovati po svojim fizičkim svojstvima. Ova karakteristika se zove polimorfizam.
U isto vrijeme, supstanca u jednom stanju može biti stabilnija od drugog. Kada se uslovi životne sredine promene, situacija možepromijeniti.
Polimorfizam je sljedećih tipova:
- Rekonstrukcija - dolazi do raspadanja atoma i molekula.
- Deformacija - struktura je izmijenjena. Dolazi do kompresije ili istezanja.
- Shift - neki elementi strukture mijenjaju svoju lokaciju.
Svojstva kristala se mogu promijeniti naglom promjenom sastava. Klasičan primjer polimorfizma je modifikacija ugljika. U jednom stanju je dijamant, u drugom grafit, supstance različitih svojstava.
Neki oblici ugljikohidrata se pretvaraju u grafit kada se zagriju. Promjene u svojstvima mogu nastati bez deformacije kristalne rešetke. U slučaju gvožđa, supstitucija nekih komponenti dovodi do nestanka magnetnih svojstava.
Snaga kristala
Svaki materijal koji se koristi u modernoj tehnologiji ima konačnu snagu. Najveću čvrstoću ima legura nikla, hroma i gvožđa. Povećanje čvrstoće metala će poboljšati vojnu i civilnu opremu. Povećana otpornost na habanje rezultirat će dužim vijekom trajanja. Iz tog razloga, naučnici su dugo proučavali snagu monokristala.
Čisti monokristali su kristali sa idealnom kristalnom rešetkom, sadrže mali broj defekata. Sa smanjenjem broja nedostataka, čvrstoća metala se povećava nekoliko puta. U isto vrijeme, gustina metala ostaje gotovo ista.
Monokristali sa idealnom rešetkom otporni su na mehanička opterećenja do tačke topljenja. Nemojte mijenjati savrijeme. Najčešće takvi monokristali imaju nultu dislokaciju. Ali ovo je izborni uslov. Čvrstoća se objašnjava činjenicom da se mikropukotine formiraju na mjestima gdje ima najveći broj dislokacija. A u njihovom odsustvu, nema gdje da se pojave pukotine. To znači da će monokristal trajati sve dok se ne pređe prag njegove snage.
Umjetni monokristali
Uzgoj monokristala je moguć na trenutnom nivou nauke. Prilikom obrade metala, bez promjene njegovog sastava, možete stvoriti jedan kristal koji ima visoku granicu sigurnosti.
Postoje 2 poznate metode za proizvodnju monokristala:
- super visoki pritisak i livenje metala;
- kriogeni pritisak.
Prva metoda je popularna za obradu lakih metala. S obzirom na čistoću metala i povećanje pritiska, postepeno će se pojaviti novi metal koji ima ista svojstva, ali povećane čvrstoće. Pod određenim uslovima moguće je dobiti monokristal sa idealnom rešetkom. U prisustvu nečistoća, postoji mogućnost da kristalna rešetka neće biti idealna.
U teškim metalima, sa povećanjem pritiska, dolazi do procesa promene strukture. Monokristal se još nije pokazao, ali supstanca je promijenila svojstva.
Kriogeno livenje je bazirano na proizvodnji kriogenih tečnosti. Kristalizacija se ne dešava pod uticajem magnetnog polja. Polukristalni oblik postaje kristal nakon što se električno nabije.
Diamondi kvarc
Svojstva dijamanta su zasnovana na činjenici da je supstanca sa atomskom kristalnom rešetkom. Veza između atoma određuje snagu dijamanta. U stalnim uslovima, dijamant se ne menja. Kada se izloži vakuumu, postepeno se pretvara u grafit.
Veličine kristala značajno variraju. Sintetički uzgojeni dijamanti imaju lice kocke i izgledaju drugačije od svojih kolega. Svojstva dijamanta koriste se za rezanje stakla.
Kristali kvarca nalaze se posvuda. Mineral je jedan od najčešćih. Kvarc je obično bezbojan. Ako unutar kamena ima mnogo pukotina, onda je bijel. Kada se dodaju druge nečistoće, mijenja boju.
Kvarc kristali se koriste u proizvodnji stakla, za stvaranje ultrazvuka, u električnoj, radio i televizijskoj opremi. Neke varijante se koriste u nakitu.
Struktura monokristala
Metali u čvrstom stanju imaju kristalnu strukturu. Struktura monokristala je beskonačan niz naizmjeničnih atoma. U stvarnosti, poredak atoma može biti poremećen zbog termičkih efekata, mehaničkih ili iz niza drugih razloga.
Kristalne rešetke se mogu naći u 3 vrste:
- tip volframa;
- tip bakra;
- vrsta magnezijuma.
Prijava
Veštački monokristali su prilika da se dobije materijal sa novim svojstvima. Područje primjene monokristala je vrlo veliko. Kvarc i špart stvoreni su po prirodi, dok je natrijum fluorid veštački uzgojen.
Monokristali sumaterijala koji se koriste u optici i elektronici. Kvarc i liskun se koriste u optici, ali su skupi. U veštačkim uslovima možete uzgajati jedan kristal, koji će se odlikovati čistoćom i snagom.
Dijamant se koristi tamo gdje je potrebna visoka čvrstoća. Ali uspješno se sintetizira u umjetnim uvjetima. Trodimenzionalni monokristali se uzgajaju iz taline.
