Кристалите са твърди тела с правилна геометрична форма. Структурата, в която са разположени подредените частици, се нарича кристална решетка. Точките на разположение на частиците, в които те осцилират, се наричат възли на кристалната решетка. Всички тези тела са разделени на монокристали и поликристали.
Какво представляват монокристалите
Монокристалите са единични кристали, в които кристалната решетка има ясен ред. Често единичен кристал има правилна форма, но тази характеристика не е задължителна при определяне на вида на кристала. Повечето минерали са монокристали.
Външната форма зависи от скоростта на растеж на веществото. С бавно нарастване и хомогенност на материала, кристалите имат правилен разрез. При средна скорост порязването не е силно изразено. При висока скорост на кристализация растат поликристали, състоящи се от много единични кристали.
Класически примери за единични кристали са диамант, кварц,топаз. В електрониката монокристалите, които имат свойствата на полупроводници и диелектрици, са от особено значение. Сплавите от монокристали се характеризират с повишена твърдост. Свръхчистите монокристали имат едни и същи свойства, независимо от произхода. Химичният състав на минералите зависи от скоростта на растеж. Колкото по-бавно расте кристалът, толкова по-съвършен е съставът му.
Поликристали
Монокристалите и поликристалите се характеризират с високо молекулярно взаимодействие. Поликристалът се състои от много единични кристали и има неправилна форма. Понякога се наричат кристалити. Те се появяват в резултат на естествен растеж или се отглеждат изкуствено. Поликристалите могат да бъдат сплави, метали, керамика. Основните характеристики са съставени от свойствата на монокристалите, но големината на зърната, разстоянието между тях и границите на зърната са от голямо значение. При наличие на граници физическите характеристики на поликристалите се променят значително, силата намалява.
Поликристалите се генерират в резултат на кристализация, промени в кристалните прахове. Тези минерали са по-малко стабилни от монокристалите, което води до неравномерен растеж на отделните зърна.
Полиморфизъм
Монокристалите са вещества, които могат да съществуват едновременно в две състояния, които ще се различават по своите физически свойства. Тази характеристика се нарича полиморфизъм.
В същото време вещество в едно състояние може да бъде по-стабилно от друго. Когато условията на околната среда се променят, ситуацията можепромяна.
Полиморфизмът е от следните видове:
- Реконструкция - настъпва разпад на атоми и молекули.
- Деформация - структурата е променена. Възниква компресия или разтягане.
- Shift - някои елементи от структурата променят местоположението си.
Свойствата на кристалите могат да се променят с внезапна промяна в състава. Класическият пример за полиморфизъм е въглеродната модификация. В едно състояние е диамант, в друго е графит, вещества с различни свойства.
Някои форми на въглехидрати се превръщат в графит при нагряване. Промени в свойствата могат да настъпят без деформация на кристалната решетка. В случай на желязо, заместването на някои компоненти води до изчезване на магнитните свойства.
Кристална сила
Всеки материал, използван в съвременните технологии, има крайна здравина. Сплав от никел, хром и желязо има най-голяма здравина. Увеличаването на здравината на металите ще подобри военното и гражданското оборудване. Повишената устойчивост на износване ще доведе до по-дълъг експлоатационен живот. Поради тази причина учените изучават здравината на монокристалите от дълго време.
Чистите монокристали са кристали с идеална кристална решетка, съдържат малък брой дефекти. С намаляване на броя на дефектите здравината на металите се увеличава няколко пъти. В същото време плътността на метала остава почти същата.
Монокристалите с идеална решетка са устойчиви на механично натоварване до точката на топене. Не се сменяйте свреме. Най-често такива монокристали имат нулева дислокация. Но това е незадължително условие. Силата се обяснява с факта, че микропукнатини се образуват на места, където има най-голям брой дислокации. И при тяхно отсъствие няма къде да се появят пукнатини. Това означава, че единичният кристал ще издържи, докато прагът на неговата сила не бъде превишен.
Изкуствени монокристали
Отглеждането на единични кристали е възможно на настоящото ниво на науката. Когато обработвате метал, без да променяте състава му, можете да създадете единичен кристал с висока граница на безопасност.
Има 2 известни метода за производство на монокристали:
- супер високо налягане и метално отливане;
- криогенно налягане.
Първият метод е популярен за обработка на леки метали. Като се има предвид чистотата на метала и нарастващото налягане, постепенно ще се появи нов метал, който има същите свойства, но с повишена якост. При определени условия е възможно да се получи единичен кристал с идеална решетка. При наличие на примеси има вероятност кристалната решетка да не е идеална.
При тежките метали, с увеличаване на налягането, настъпва процесът на промяна на структурата. Монокристалът все още не се е оказал, но веществото е променило свойствата.
Криогенното леене се основава на производството на криогенни течности. Кристализацията не настъпва под въздействието на магнитно поле. Полукристалната форма се превръща в кристал след електрически зареждане.
Диаманти кварц
Свойствата на диаманта се основават на факта, че той е вещество с атомна кристална решетка. Връзката между атомите определя силата на диаманта. При постоянни условия диамантът не се променя. Когато е изложен на вакуум, той постепенно се превръща в графит.
Размерите на кристалите варират значително. Синтетично отгледаните диаманти имат кубични лица и изглеждат различно от своите събратя. Свойствата на диаманта се използват за рязане на стъкло.
Кварцови кристали се срещат навсякъде. Минералът е един от най-разпространените. Кварцът обикновено е безцветен. Ако вътре в камъка има много пукнатини, значи той е бял. Когато се добавят други примеси, той променя цвета си.
Кварцовите кристали се използват в производството на стъкло, за създаване на ултразвук, в електрическо, радио и телевизионно оборудване. Някои разновидности се използват в бижутата.
Структура от единични кристали
Металите в твърдо състояние имат кристална структура. Структурата на монокристалите е безкрайна поредица от редуващи се атоми. В действителност подреждането на атомите може да бъде нарушено поради термични ефекти, механични или поради редица други причини.
Кристалните решетки се намират в 3 вида:
- тип волфрам;
- тип мед;
- тип магнезий.
Заявление
Изкуствените монокристали са възможност за получаване на материал с нови свойства. Областта на приложение на единичните кристали е много голяма. Кварцът и шпатът са създадени от природата, докато натриевият флуорид е изкуствено отгледан.
Монокристалите саматериали, използвани в оптиката и електрониката. Кварцът и слюдата се използват в оптиката, но са скъпи. При изкуствени условия можете да отглеждате единичен кристал, който ще се отличава с чистота и здравина.
Диамант се използва там, където се изисква висока якост. Но успешно се синтезира в изкуствени условия. Триизмерни монокристали се отглеждат от стопилки.
