Kristaller är solida kroppar med en vanlig geometrisk form. Strukturen inom vilken ordnade partiklar finns kallas ett kristallgitter. Lokaliseringspunkterna för partiklarna där de svänger kallas noderna i kristallgittret. Alla dessa kroppar är uppdelade i monokristaller och polykristaller.
Vad är enkristaller
Enkristaller är enkristaller där kristallgittret har en tydlig ordning. Ofta har en enskild kristall en vanlig form, men denna funktion är inte obligatorisk när man bestämmer typen av kristall. De flesta mineraler är enkristaller.
Den yttre formen beror på ämnets tillväxthastighet. Med en långsam ökning och materialets homogenitet har kristallerna rätt skärning. Vid medelhastighet är snittet inte uttalat. Vid en hög kristallisationshastighet växer polykristaller som består av många enkelkristaller.
Klassiska exempel på enkristaller är diamant, kvarts,topas. Inom elektronik är enkristaller, som har egenskaperna hos halvledare och dielektrikum, av särskild betydelse. Legeringar av enkristaller kännetecknas av ökad hårdhet. Ultrarena enkristaller har samma egenskaper oavsett ursprung. Mineralernas kemiska sammansättning beror på tillväxthastigheten. Ju långsammare kristallen växer, desto mer perfekt är dess sammansättning.
Polykristaller
Enkristaller och polykristaller kännetecknas av högmolekylär interaktion. En polykristall består av många enkristaller och har en oregelbunden form. De kallas ibland kristalliter. De uppträder som ett resultat av naturlig tillväxt eller odlas på konstgjord väg. Polykristaller kan vara legeringar, metaller, keramik. De huvudsakliga egenskaperna består av egenskaperna hos enkristaller, men kornstorlekar, avståndet mellan dem och korngränser är av stor betydelse. I närvaro av gränser ändras de fysiska egenskaperna hos polykristaller avsevärt, styrkan minskar.
Polykristaller genereras som ett resultat av kristallisation, förändringar i kristallina pulver. Dessa mineraler är mindre stabila än enkristaller, vilket resulterar i ojämn tillväxt av enskilda korn.
Polymorphism
Enkristaller är ämnen som kan existera i två tillstånd samtidigt, som skiljer sig åt i sina fysikaliska egenskaper. Den här egenskapen kallas polymorfism.
Samtidigt kan ett ämne i ett tillstånd vara mer stabilt än ett annat. När miljöförhållandena förändras kan situationenändra.
Polymorfism är av följande typer:
- Rekonstruktion - sönderfall sker i atomer och molekyler.
- Deformation - strukturen är modifierad. Kompression eller stretching inträffar.
- Shift - vissa delar av strukturen ändrar sin plats.
Kristallegenskaper kan förändras med en plötslig förändring i sammansättningen. Det klassiska exemplet på polymorfism är kolmodifiering. I ett tillstånd är det diamant, i ett annat är det grafit, ämnen med olika egenskaper.
Vissa former av kolhydrater förvandlas till grafit när de värms upp. Förändringar i egenskaper kan ske utan deformation av kristallgittret. När det gäller järn leder utbyte av vissa komponenter till att magnetiska egenskaper försvinner.
Kristallstyrka
Allt material som används i modern teknik har en slutlig styrka. En legering av nickel, krom och järn har störst styrka. Att öka metallernas styrka kommer att förbättra militär och civil utrustning. Ökat slitstyrka ger längre livslängd. Av denna anledning har forskare studerat styrkan hos enkristaller under lång tid.
Rena enkristaller är kristaller med ett idealiskt kristallgitter, innehåller ett litet antal defekter. Med en minskning av antalet defekter ökar metallernas styrka flera gånger. Samtidigt förblir metallens densitet nästan densamma.
Enkristaller med ett idealiskt gitter är resistenta mot mekanisk påfrestning upp till smältpunkten. Byt inte medtid. Oftast har sådana enkristaller en noll dislokation. Men detta är ett valfritt villkor. Styrkan förklaras av det faktum att mikrosprickor bildas på platser där det finns det största antalet dislokationer. Och i deras frånvaro finns det ingenstans för sprickor att uppstå. Det betyder att enkristallen kommer att hålla tills tröskeln för dess styrka överskrids.
Konstgjorda enkristaller
Att odla enkristaller är möjligt på nuvarande vetenskapsnivå. När du bearbetar metall, utan att ändra dess sammansättning, kan du skapa en enda kristall som har en hög säkerhetsmarginal.
Det finns två kända metoder för framställning av enkristaller:
- superhögt tryck och metallgjutning;
- kryogent tryck.
Den första metoden är populär för bearbetning av lättmetaller. Med tanke på metallens renhet och ökande tryck kommer det gradvis uppstå en ny metall som har samma egenskaper, men med ökad styrka. Under vissa förhållanden är det möjligt att få en enkristall med ett idealiskt gitter. I närvaro av föroreningar finns det en möjlighet att kristallgittret inte är idealiskt.
I tungmetaller, med ökande tryck, sker processen att förändra strukturen. Enkristallen har inte visat sig ännu, men substansen har ändrat egenskaper.
Kryogen gjutning är baserad på produktion av kryogena vätskor. Kristallisering sker inte under påverkan av ett magnetfält. Den halvkristallina formen blir en kristall efter att ha laddats elektriskt.
Diamantoch kvarts
Egenskaperna hos diamant bygger på att det är ett ämne med ett atomärt kristallgitter. Bindningen mellan atomer bestämmer styrkan hos en diamant. Under konstanta förhållanden förändras inte diamanten. När den utsätts för vakuum förvandlas den gradvis till grafit.
Kristallstorlekar varierar avsevärt. Syntetiskt odlade diamanter har kubyta och ser annorlunda ut än sina motsvarigheter. Diamantens egenskaper används för att skära glas.
Kvartskristaller finns överallt. Mineralet är ett av de vanligaste. Kvarts är vanligtvis färglös. Om det finns många sprickor inuti stenen så är den vit. När andra föroreningar tillsätts ändrar den färg.
Kvartskristaller används vid tillverkning av glas, för att skapa ultraljud, i el-, radio- och tv-utrustning. Vissa sorter används i smycken.
Struktur av enkristaller
Metaler i fast tillstånd har en kristallin struktur. Strukturen hos enkristaller är en oändlig serie av alternerande atomer. I verkligheten kan ordningen av atomer störas på grund av termiska effekter, mekaniska eller av ett antal andra skäl.
Kristallgitter finns i tre typer:
- volframtyp;
- koppartyp;
- magnesiumtyp.
Application
Konstgjorda enkristaller är en möjlighet att få material med nya egenskaper. Användningsområdet för enkristaller är mycket stort. Kvarts och spar skapades av naturen, medan natriumfluorid odlades på konstgjord väg.
Monokristaller ärmaterial som används inom optik och elektronik. Kvarts och glimmer används i optik men är dyra. Under konstgjorda förhållanden kan du odla en enskild kristall, som kommer att utmärkas av renhet och styrka.
Diamant används där hög hållfasthet krävs. Men det syntetiseras framgångsrikt under artificiella förhållanden. Tredimensionella enkristaller odlas från smältor.
