Kristali so trdna telesa pravilne geometrijske oblike. Strukturo, znotraj katere se nahajajo urejeni delci, imenujemo kristalna mreža. Točke lokacije delcev, v katerih nihajo, imenujemo vozlišča kristalne mreže. Vsa ta telesa so razdeljena na monokristale in polikristale.
Kaj so monokristali
Posamezni kristali so monokristali, v katerih ima kristalna mreža jasen vrstni red. Pogosto ima posamezen kristal pravilno obliko, vendar ta lastnost ni obvezna pri določanju vrste kristala. Večina mineralov je monokristalov.
Zunanja oblika je odvisna od stopnje rasti snovi. S počasnim naraščanjem in homogenostjo materiala imajo kristali pravilen rez. Pri srednji hitrosti rez ni izrazit. Pri visoki stopnji kristalizacije rastejo polikristali, sestavljeni iz številnih monokristalov.
Klasični primeri monokristalov so diamant, kremen,topaz. V elektroniki so še posebej pomembni monokristali, ki imajo lastnosti polprevodnikov in dielektrikov. Za zlitine monokristalov je značilna povečana trdota. Ultračisti monokristali imajo enake lastnosti ne glede na izvor. Kemična sestava mineralov je odvisna od stopnje rasti. Čim počasneje raste kristal, popolnejša je njegova sestava.
polikristali
Za posamezne kristale in polikristale je značilna visoka molekularna interakcija. Polikristal je sestavljen iz številnih monokristalov in ima nepravilno obliko. Včasih jih imenujemo kristaliti. Pojavijo se kot posledica naravne rasti ali so pridelane umetno. Polikristali so lahko zlitine, kovine, keramika. Glavne značilnosti so sestavljene iz lastnosti posameznih kristalov, vendar so velikega pomena velikost zrn, razdalja med njimi in meje zrn. Ob prisotnosti meja se fizične lastnosti polikristalov bistveno spremenijo, moč se zmanjša.
Polikristali nastanejo kot posledica kristalizacije, sprememb v kristaliničnih prahih. Ti minerali so manj stabilni kot monokristali, kar ima za posledico neenakomerno rast posameznih zrn.
Polimorfizem
Posamezni kristali so snovi, ki lahko obstajajo v dveh stanjih hkrati, ki se razlikujeta po svojih fizikalnih lastnostih. Ta lastnost se imenuje polimorfizem.
Hkrati je snov v enem stanju lahko bolj stabilna kot v drugem. Ko se okoljske razmere spremenijo, se lahko situacijasprememba.
Polimorfizem je naslednjih vrst:
- Rekonstrukcija - razpad atomov in molekul.
- Deformacija - struktura je spremenjena. Pojavi se stiskanje ali raztezanje.
- Shift - nekateri elementi strukture spremenijo svojo lokacijo.
Lastnosti kristalov se lahko spremenijo z nenadno spremembo sestave. Klasičen primer polimorfizma je modifikacija ogljika. V enem stanju je diamant, v drugem pa grafit, snovi z različnimi lastnostmi.
Nekatere oblike ogljikovih hidratov se pri segrevanju spremenijo v grafit. Spremembe lastnosti se lahko pojavijo brez deformacije kristalne mreže. V primeru železa zamenjava nekaterih komponent vodi do izginotja magnetnih lastnosti.
kristalna moč
Vsak material, ki se uporablja v sodobni tehnologiji, ima končno moč. Največjo trdnost ima zlitina niklja, kroma in železa. Povečanje trdnosti kovin bo izboljšalo vojaško in civilno opremo. Povečana odpornost proti obrabi bo povzročila daljšo življenjsko dobo. Zaradi tega znanstveniki že dolgo preučujejo moč monokristalov.
Čisti monokristali so kristali z idealno kristalno mrežo, vsebujejo majhno število napak. Z zmanjšanjem števila napak se moč kovin večkrat poveča. Hkrati ostaja gostota kovine skoraj enaka.
Posamezni kristali z idealno mrežo so odporni na mehanske obremenitve do tališča. Ne spreminjajte zčas. Najpogosteje imajo takšni monokristali ničelno dislokacijo. Toda to je neobvezen pogoj. Moč je razložena z dejstvom, da se mikrorazpoke oblikujejo na mestih, kjer je največje število dislokacij. In v njihovi odsotnosti se nikjer ne pojavijo razpoke. To pomeni, da bo monokristal zdržal, dokler ne bo presežen prag njegove moči.
Umetni monokristali
Gojenje monokristalov je možno na trenutni ravni znanosti. Pri obdelavi kovine, ne da bi spremenili njeno sestavo, lahko ustvarite en sam kristal z visoko mejo varnosti.
Obstajata 2 znani metodi za proizvodnjo monokristalov:
- super visokotlačno in kovinsko litje;
- kriogeni tlak.
Prva metoda je priljubljena za obdelavo lahkih kovin. Glede na čistost kovine in naraščajoč pritisk se bo postopoma pojavila nova kovina, ki ima enake lastnosti, vendar s povečano trdnostjo. Pod določenimi pogoji je mogoče dobiti en kristal z idealno mrežo. V prisotnosti nečistoč obstaja možnost, da kristalna mreža ne bo idealna.
V težkih kovinah z naraščajočim pritiskom pride do procesa spreminjanja strukture. Monokristal se še ni izkazal, vendar je snov spremenila lastnosti.
Kriogeno ulivanje temelji na proizvodnji kriogenih tekočin. Pod vplivom magnetnega polja do kristalizacije ne pride. Polkristalna oblika postane kristal, potem ko se električno napolni.
Diamantin kremen
Lastnosti diamanta temeljijo na dejstvu, da je snov z atomsko kristalno mrežo. Vez med atomi določa moč diamanta. V stalnih pogojih se diamant ne spreminja. Ko je izpostavljen vakuumu, se postopoma spremeni v grafit.
Veličine kristalov se močno razlikujejo. Sintetično pridelani diamanti imajo kockaste obraze in izgledajo drugače od svojih kolegov. Lastnosti diamanta se uporabljajo za rezanje stekla.
Kristale kremena najdemo povsod. Mineral je eden najpogostejših. Kremen je običajno brezbarven. Če je znotraj kamna veliko razpok, potem je bel. Ko se dodajo druge nečistoče, spremeni barvo.
Krenovi kristali se uporabljajo pri izdelavi stekla, za ustvarjanje ultrazvoka, v električni, radijski in televizijski opremi. Nekatere sorte se uporabljajo v nakitu.
Struktura monokristalov
Kovine v trdnem stanju imajo kristalno strukturo. Struktura monokristalov je neskončna serija izmeničnih atomov. V resnici je urejenost atomov lahko motena zaradi toplotnih učinkov, mehanskih ali iz številnih drugih razlogov.
Kristalne rešetke najdemo v 3 vrstah:
- vrsta volframa;
- tip bakra;
- vrsta magnezija.
Prijava
Umetni monokristali so priložnost za pridobitev materiala z novimi lastnostmi. Področje uporabe posameznih kristalov je zelo veliko. Kremen in špart je ustvarila narava, medtem ko je bil natrijev fluorid umetno pridelan.
Monokristali somateriali, ki se uporabljajo v optiki in elektroniki. Kremen in sljuda se uporabljata v optiki, vendar sta draga. V umetnih pogojih lahko gojite en sam kristal, ki ga bosta odlikovala čistost in moč.
Diamant se uporablja tam, kjer je potrebna visoka trdnost. Vendar se uspešno sintetizira v umetnih pogojih. Tridimenzionalni monokristali se gojijo iz taline.
