Krystaller er solide kroppe med en regelmæssig geometrisk form. Strukturen, inden for hvilken ordnede partikler er placeret, kaldes et krystalgitter. Placeringspunkterne for partiklerne, hvori de svinger, kaldes krystalgitterets noder. Alle disse legemer er opdelt i monokrystaller og polykrystaller.
Hvad er enkeltkrystaller
Enkeltkrystaller er enkeltkrystaller, hvori krystalgitteret har en klar orden. Ofte har en enkelt krystal en regelmæssig form, men denne funktion er ikke obligatorisk, når man bestemmer typen af krystal. De fleste mineraler er enkeltkrystaller.
Den ydre form afhænger af stoffets væksthastighed. Med en langsom stigning og materialets homogenitet har krystallerne det korrekte snit. Ved middel hastighed er snittet ikke udt alt. Ved en høj krystallisationshastighed vokser polykrystaller bestående af mange enkeltkrystaller.
Klassiske eksempler på enkeltkrystaller er diamant, kvarts,topas. I elektronik er enkeltkrystaller, som har egenskaberne som halvledere og dielektriske, af særlig betydning. Legeringer af enkeltkrystaller er kendetegnet ved øget hårdhed. Ultrarene enkeltkrystaller har de samme egenskaber uanset oprindelse. Den kemiske sammensætning af mineraler afhænger af væksthastigheden. Jo langsommere krystallen vokser, jo mere perfekt er dens sammensætning.
polykrystaller
Enkeltkrystaller og polykrystaller er karakteriseret ved højmolekylær interaktion. En polykrystal består af mange enkeltkrystaller og har en uregelmæssig form. De kaldes nogle gange krystallitter. De opstår som et resultat af naturlig vækst eller dyrkes kunstigt. Polykrystaller kan være legeringer, metaller, keramik. Hovedegenskaberne består af enkeltkrystallers egenskaber, men kornstørrelser, afstanden mellem dem og korngrænser er af stor betydning. Ved tilstedeværelse af grænser ændres de fysiske egenskaber af polykrystaller betydeligt, styrken falder.
Polykrystaller dannes som et resultat af krystallisation, ændringer i krystallinske pulvere. Disse mineraler er mindre stabile end enkeltkrystaller, hvilket resulterer i ujævn vækst af individuelle korn.
polymorfi
Enkeltkrystaller er stoffer, der kan eksistere i to tilstande på én gang, som vil adskille sig i deres fysiske egenskaber. Denne funktion kaldes polymorfi.
Samtidig kan et stof i én tilstand være mere stabilt end en anden. Når miljøforholdene ændrer sig, kan situationen evtændring.
Polymorfi er af følgende typer:
- Rekonstruktion - henfald sker for atomer og molekyler.
- Deformation - strukturen er ændret. Kompression eller strækning forekommer.
- Shift - nogle elementer i strukturen ændrer deres placering.
Krystalegenskaber kan ændre sig med en pludselig ændring i sammensætningen. Det klassiske eksempel på polymorfi er kulstofmodifikation. I én tilstand er det diamant, i en anden er det grafit, stoffer med forskellige egenskaber.
Nogle former for kulhydrat bliver til grafit, når de opvarmes. Ændringer i egenskaber kan forekomme uden deformation af krystalgitteret. I tilfælde af jern fører substitution af nogle komponenter til forsvinden af magnetiske egenskaber.
krystalstyrke
Ethvert materiale, der bruges i moderne teknologi, har en endelig styrke. En legering af nikkel, krom og jern har den største styrke. At øge styrken af metaller vil forbedre militært og civilt udstyr. Øget slidstyrke vil resultere i længere levetid. Af denne grund har videnskabsmænd studeret styrken af enkeltkrystaller i lang tid.
Rene enkeltkrystaller er krystaller med et ideelt krystalgitter, der indeholder et lille antal defekter. Med et fald i antallet af defekter stiger styrken af metaller flere gange. Samtidig forbliver metallets tæthed næsten den samme.
Enkeltkrystaller med et ideelt gitter er modstandsdygtige over for mekanisk belastning op til smeltepunktet. Skift ikke medtid. Oftest har sådanne enkeltkrystaller en nul dislokation. Men dette er en valgfri betingelse. Styrken forklares ved, at der dannes mikrorevner på steder, hvor der er det største antal dislokationer. Og i deres fravær er der ingen steder, hvor der kan opstå revner. Det betyder, at enkeltkrystallen vil vare, indtil tærsklen for dens styrke er overskredet.
Kunstige enkeltkrystaller
Det er muligt at dyrke enkeltkrystaller på det nuværende videnskabelige niveau. Når du behandler metal, kan du uden at ændre dets sammensætning skabe en enkelt krystal, der har en høj sikkerhedsmargin.
Der er 2 kendte metoder til fremstilling af enkeltkrystaller:
- superhøjtryk og metalstøbning;
- kryogent tryk.
Den første metode er populær til behandling af letmetaller. Givet metallets renhed og stigende tryk, vil der efterhånden dukke et nyt metal op, som har de samme egenskaber, men med øget styrke. Under visse forhold er det muligt at opnå en enkelt krystal med et ideelt gitter. I nærvær af urenheder er der mulighed for, at krystalgitteret ikke vil være ideelt.
I tungmetaller, med stigende tryk, sker processen med at ændre strukturen. Enkeltkrystallen er ikke blevet til endnu, men stoffet har ændret egenskaber.
Kryogen støbning er baseret på produktion af kryogene væsker. Krystallisation sker ikke under påvirkning af et magnetfelt. Den semi-krystallinske form bliver til en krystal efter at være blevet elektrisk ladet.
Diamantog kvarts
Egenskaberne ved diamant er baseret på, at det er et stof med et atomisk krystalgitter. Bindingen mellem atomer bestemmer styrken af en diamant. Under konstante forhold ændrer diamanten sig ikke. Når det udsættes for et vakuum, bliver det gradvist til grafit.
Krystalstørrelser varierer betydeligt. Syntetisk dyrkede diamanter har kubeflader og ser anderledes ud end deres modstykker. Diamantens egenskaber bruges til at skære glas.
Kvartskrystaller findes over alt. Mineralet er et af de mest almindelige. Kvarts er norm alt farveløs. Hvis der er mange revner inde i stenen, så er den hvid. Når andre urenheder tilsættes, skifter det farve.
Kvartskrystaller bruges til fremstilling af glas, til at skabe ultralyd, i elektrisk, radio- og tv-udstyr. Nogle varianter bruges i smykker.
Struktur af enkeltkrystaller
Metaler i fast tilstand har en krystallinsk struktur. Strukturen af enkeltkrystaller er en endeløs række af alternerende atomer. I virkeligheden kan rækkefølgen af atomer blive forstyrret på grund af termiske effekter, mekaniske eller af en række andre årsager.
Krystalgitter findes i 3 typer:
- wolframtype;
- kobbertype;
- magnesiumtype.
Application
Kunstige enkeltkrystaller er en mulighed for at opnå materiale med nye egenskaber. Anvendelsesområdet for enkeltkrystaller er meget stort. Kvarts og spar er skabt af naturen, mens natriumfluorid blev kunstigt dyrket.
Monokrystaller ermaterialer, der anvendes i optik og elektronik. Kvarts og glimmer bruges i optik, men er dyre. Under kunstige forhold kan du dyrke en enkelt krystal, som vil blive kendetegnet ved renhed og styrke.
Diamant bruges, hvor der kræves høj styrke. Men det syntetiseres med succes under kunstige forhold. Tredimensionelle enkeltkrystaller dyrkes fra smelter.
