คริสตัลเป็นของแข็งที่มีรูปทรงเรขาคณิตปกติ โครงสร้างภายในที่มีอนุภาคเรียงเรียกว่าตาข่ายคริสตัล จุดที่ตั้งของอนุภาคที่พวกมันสั่นเรียกว่าโหนดของผลึกขัดแตะ ร่างกายทั้งหมดเหล่านี้แบ่งออกเป็น monocrystals และ polycrystals
ผลึกเดี่ยวคืออะไร
ผลึกเดี่ยวเป็นผลึกเดี่ยวที่ตาข่ายคริสตัลมีลำดับที่ชัดเจน บ่อยครั้งที่คริสตัลเดี่ยวมีรูปร่างปกติ แต่คุณสมบัตินี้ไม่จำเป็นเมื่อพิจารณาประเภทของคริสตัล แร่ธาตุส่วนใหญ่เป็นผลึกเดี่ยว
รูปแบบภายนอกขึ้นอยู่กับอัตราการเติบโตของสาร ด้วยการเพิ่มขึ้นช้าและความสม่ำเสมอของวัสดุ คริสตัลมีการตัดที่ถูกต้อง ที่ความเร็วปานกลาง การตัดจะไม่เด่นชัด ที่อัตราการตกผลึกที่สูง โพลีคริสตัลที่ประกอบด้วยผลึกเดี่ยวจำนวนมากจะเติบโต
ตัวอย่างคลาสสิกของผลึกเดี่ยว ได้แก่ เพชร ควอตซ์บุษราคัม. ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ผลึกเดี่ยวซึ่งมีคุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์และไดอิเล็กทริกมีความสำคัญเป็นพิเศษ โลหะผสมของผลึกเดี่ยวนั้นมีความแข็งเพิ่มขึ้น ผลึกเดี่ยวบริสุทธิ์พิเศษมีคุณสมบัติเหมือนกันโดยไม่คำนึงถึงแหล่งกำเนิด องค์ประกอบทางเคมีของแร่ธาตุขึ้นอยู่กับอัตราการเติบโต ยิ่งคริสตัลเติบโตช้าเท่าไร ก็ยิ่งมีองค์ประกอบที่สมบูรณ์มากขึ้นเท่านั้น
โพลีคริสตัลส์
ผลึกเดี่ยวและคริสตัลโพลีคริสตัลมีลักษณะพิเศษจากการมีปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลสูง คริสตัลโพลีคริสตัลประกอบด้วยคริสตัลเดี่ยวจำนวนมากและมีรูปร่างผิดปกติ บางครั้งเรียกว่าผลึก ปรากฏเป็นผลจากการเติบโตตามธรรมชาติหรือโตเทียม คริสตัลโพลีคริสตัลอาจเป็นโลหะผสม โลหะ เซรามิก ลักษณะสำคัญประกอบด้วยคุณสมบัติของผลึกเดี่ยว แต่ขนาดเกรน ระยะห่างระหว่างคริสตัลทั้งสอง และขอบเขตของเกรนมีความสำคัญอย่างยิ่ง การปรากฏตัวของขอบเขต ลักษณะทางกายภาพของคริสตัลจะเปลี่ยนไปอย่างมาก ความแข็งแรงลดลง
โพลีคริสตัลถูกสร้างขึ้นจากการตกผลึก การเปลี่ยนแปลงของผงผลึก แร่ธาตุเหล่านี้มีความคงตัวน้อยกว่าผลึกเดี่ยว ส่งผลให้เมล็ดแต่ละเมล็ดเติบโตไม่เท่ากัน
พหุสัณฐาน
ผลึกเดี่ยวคือสสารที่มีอยู่ในสองสถานะพร้อมกัน ซึ่งจะแตกต่างกันในคุณสมบัติทางกายภาพของพวกมัน คุณลักษณะนี้เรียกว่าพหุสัณฐาน
ในขณะเดียวกัน สารในสถานะหนึ่งก็จะมีความเสถียรมากกว่าอีกสถานะหนึ่ง เมื่อสภาพแวดล้อมเปลี่ยนแปลง สถานการณ์อาจเปลี่ยน
พหุสัณฐานเป็นประเภทต่อไปนี้:
- การสร้างใหม่ - การสลายตัวเกิดขึ้นกับอะตอมและโมเลกุล
- การเสียรูป - มีการปรับเปลี่ยนโครงสร้าง เกิดการกดทับหรือยืดออก
- Shift - องค์ประกอบบางอย่างของโครงสร้างเปลี่ยนตำแหน่ง
คุณสมบัติของคริสตัลสามารถเปลี่ยนแปลงได้ด้วยการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบอย่างกะทันหัน ตัวอย่างคลาสสิกของความหลากหลายคือการดัดแปลงคาร์บอน ในสถานะหนึ่งเป็นเพชร อีกสถานะหนึ่งคือกราไฟท์ สารที่มีคุณสมบัติต่างกัน
คาร์โบไฮเดรตบางรูปแบบจะกลายเป็นกราไฟท์เมื่อถูกความร้อน การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติสามารถเกิดขึ้นได้โดยไม่มีการเสียรูปของโครงผลึก ในกรณีของเหล็ก การแทนที่ของส่วนประกอบบางอย่างจะทำให้คุณสมบัติทางแม่เหล็กหายไป
ความแรงของคริสตัล
วัสดุใด ๆ ที่ใช้ในเทคโนโลยีสมัยใหม่มีจุดแข็งสุดท้าย โลหะผสมของนิกเกิล โครเมียม และเหล็กมีความแข็งแรงสูงสุด การเพิ่มความแข็งแกร่งของโลหะจะช่วยปรับปรุงยุทโธปกรณ์ทางการทหารและพลเรือน ความต้านทานการสึกหรอที่เพิ่มขึ้นจะส่งผลให้อายุการใช้งานยาวนานขึ้น ด้วยเหตุนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงได้ศึกษาความแข็งแกร่งของผลึกเดี่ยวมาเป็นเวลานาน
ผลึกเดี่ยวบริสุทธิ์เป็นคริสตัลที่มีโครงข่ายคริสตัลในอุดมคติ มีข้อบกพร่องจำนวนเล็กน้อย ด้วยจำนวนข้อบกพร่องที่ลดลง ความแข็งแรงของโลหะจึงเพิ่มขึ้นหลายเท่า ในขณะเดียวกัน ความหนาแน่นของโลหะก็ยังคงเกือบเท่าเดิม
ผลึกเดี่ยวที่มีโครงตาข่ายในอุดมคตินั้นทนทานต่อความเค้นเชิงกลจนถึงจุดหลอมเหลว อย่าเปลี่ยนกับเวลา. ส่วนใหญ่แล้วผลึกเดี่ยวดังกล่าวมีความคลาดเคลื่อนเป็นศูนย์ แต่นี่เป็นเงื่อนไขที่ไม่บังคับ ความแข็งแรงอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่า microcracks เกิดขึ้นในสถานที่ที่มีความคลาดเคลื่อนมากที่สุด และในกรณีที่ไม่มีพวกเขาไม่มีที่ใดที่จะเกิดรอยร้าว ซึ่งหมายความว่าผลึกเดี่ยวจะคงอยู่จนเกินขีดจำกัดความแข็งแกร่ง
ผลึกเดี่ยวเทียม
ผลึกเดี่ยวสามารถเติบโตได้ในระดับวิทยาศาสตร์ในปัจจุบัน เมื่อแปรรูปโลหะโดยไม่ต้องเปลี่ยนองค์ประกอบ คุณสามารถสร้างผลึกเดี่ยวที่มีความปลอดภัยสูง
มี 2 วิธีที่รู้จักกันดีในการผลิตผลึกเดี่ยว:
- แรงดันสูงและการหล่อโลหะ
- ความดันเยือกแข็ง
วิธีแรกเป็นที่นิยมในการแปรรูปโลหะเบา ด้วยความบริสุทธิ์ของโลหะและแรงดันที่เพิ่มขึ้น โลหะใหม่จะค่อยๆ ปรากฏขึ้นซึ่งมีคุณสมบัติเหมือนกัน แต่มีความแข็งแรงเพิ่มขึ้น ภายใต้เงื่อนไขบางประการ เป็นไปได้ที่จะได้รับผลึกเดี่ยวที่มีโครงตาข่ายในอุดมคติ ในกรณีที่มีสิ่งเจือปน มีความเป็นไปได้ที่ตะแกรงคริสตัลจะไม่เหมาะ
ในโลหะหนักที่มีความดันเพิ่มขึ้น กระบวนการเปลี่ยนโครงสร้างก็เกิดขึ้น ผลึกเดี่ยวยังไม่ปรากฏ แต่สารได้เปลี่ยนคุณสมบัติ
การหล่อด้วยความเย็นขึ้นอยู่กับการผลิตของเหลวที่อุณหภูมิ การตกผลึกไม่ได้เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็ก รูปแบบกึ่งผลึกจะกลายเป็นคริสตัลหลังจากถูกชาร์จด้วยไฟฟ้า
เพชรและควอตซ์
คุณสมบัติของเพชรนั้นขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่ามันคือสารที่มีโครงผลึกปรมาณู พันธะระหว่างอะตอมเป็นตัวกำหนดความแข็งแรงของเพชร ภายใต้สภาวะคงที่ เพชรจะไม่เปลี่ยนแปลง เมื่อสัมผัสกับสุญญากาศ จะค่อยๆ กลายเป็นกราไฟต์
ขนาดคริสตัลแตกต่างกันอย่างมาก เพชรที่ปลูกแบบสังเคราะห์มีใบหน้าลูกบาศก์และดูแตกต่างจากเพชรที่คู่กัน คุณสมบัติของเพชรใช้ตัดกระจก
ผลึกควอทซ์มีอยู่ทุกที่ แร่เป็นหนึ่งในแร่ที่พบมากที่สุด ควอตซ์มักจะไม่มีสี หากมีรอยร้าวมากมายภายในหินแสดงว่าเป็นสีขาว เมื่อเติมสิ่งเจือปนอื่นเข้าไป มันจะเปลี่ยนสี
ผลึกควอทซ์ใช้ในการผลิตแก้วเพื่อสร้างอัลตราซาวนด์ในอุปกรณ์ไฟฟ้าวิทยุและโทรทัศน์ บางชนิดใช้ในเครื่องประดับ
โครงสร้างผลึกเดี่ยว
โลหะในสถานะของแข็งมีโครงสร้างเป็นผลึก โครงสร้างของผลึกเดี่ยวเป็นชุดของอะตอมสลับกันที่ไม่มีที่สิ้นสุด ในความเป็นจริง การเรียงลำดับของอะตอมอาจถูกรบกวนเนื่องจากผลกระทบจากความร้อน กลไก หรือด้วยเหตุผลอื่นๆ หลายประการ
ตะแกรงคริสตัลมี 3 แบบ:
- ประเภททังสเตน;
- ประเภททองแดง;
- ประเภทแมกนีเซียม
แอปพลิเคชัน
ผลึกเดี่ยวประดิษฐ์เป็นโอกาสในการได้รับวัสดุที่มีคุณสมบัติใหม่ พื้นที่ใช้งานของผลึกเดี่ยวมีขนาดใหญ่มาก ธรรมชาติสร้างควอตซ์และสปาร์ ในขณะที่โซเดียมฟลูออไรด์ปลูกแบบเทียม
Monocrystals areวัสดุที่ใช้ในเลนส์และอิเล็กทรอนิกส์ ควอตซ์และไมกาใช้ในเลนส์ แต่มีราคาแพง ภายใต้เงื่อนไขประดิษฐ์ คุณสามารถปลูกคริสตัลเดี่ยว ซึ่งจะโดดเด่นด้วยความบริสุทธิ์และความแข็งแกร่ง
เพชรถูกใช้เมื่อต้องการความแข็งแรงสูง แต่สังเคราะห์ได้สำเร็จในสภาพประดิษฐ์ ผลึกเดี่ยวสามมิติเติบโตจากการหลอมเหลว
