Kristalų gavimas ir naudojimas. Praktinis naudojimas

Kristalų pritaikymas moksle ir technologijose yra toks didelis ir įvairus, kad sunku juos išvardinti. Todėl apsiribojame keliais pavyzdžiais.

Kiečiausias ir rečiausias iš natūralių mineralų yra deimantas.

Dėl savo išskirtinio kietumo deimantas vaidina didžiulį vaidmenį technologijoje. Deimantiniai pjūklai pjaustė akmenis. Deimantas yra nepaprastai svarbus uolienų gręžimo ir kasybos operacijose.

Graviravimo įrankiai, dalijimo staklės, kietumo matuokliai, akmens ir metalo grąžtai turi deimantinius antgalius.

Deimantiniai milteliai naudojami kietiems akmenims, grūdintam plienui, kietiems ir itin kietiems lydiniams šlifuoti ir poliruoti. Pats deimantas gali būti pjaustomas, poliruojamas ir graviruojamas tik deimantu. Svarbiausios variklių dalys automobilių ir aviacijos pramonėje yra apdorojamos deimantinėmis pjaustyklėmis ir grąžtais.

Rubinas ir safyras yra vieni gražiausių ir brangiausių brangakmenių. Visi šie akmenys turi ir kitų savybių, kuklesnių, bet naudingų.

Visa laikrodžių pramonė dirba su dirbtiniais rubinais. Puslaidininkių gamyklose geriausios grandinės brėžiamos rubino adatomis. Tekstilės ir chemijos pramonėje rubino siūlų kreiptuvai traukia siūlus iš dirbtinio pluošto, iš kaprono, iš nailono.

Naujasis rubino gyvenimas yra lazeris arba, kaip moksle vadinamas, optinis kvantinis generatorius (OQG). 1960 metais Buvo sukurtas pirmasis rubino lazeris. Paaiškėjo, kad rubino kristalas stiprina šviesą, o rubino lazeriui mažiausias šviesos taško skersmuo yra maždaug 0,7 mikrono. Tokiu būdu galima sukurti itin didelį spinduliuotės tankį. Tai yra, kuo daugiau sutelkti energiją. Galingas lazerio spindulys su milžiniška galia. Lengvai perdega per skardą, virina metalinius laidus, dega metaliniai vamzdžiai, gręžia ploniausias skylutes kietuose lydiniuose, deimantuose. Šias funkcijas atlieka kietasis lazeris, kuriame naudojamas rubinas, granatas su neoditu. Akių chirurgijoje dažniausiai naudojami neodino lazeriai ir rubino lazeriai. Artimojo lauko antžeminėse sistemose dažnai naudojami galio arsenido įpurškimo lazeriai. Atsirado ir nauji lazeriniai kristalai: fluoritas, granatai, galio arsenidas ir kt.

Safyras yra skaidrus, todėl iš jo gaminamos plokštelės optiniams instrumentams.

Didžioji dalis safyro kristalų patenka į puslaidininkių pramonę.

Titnagas, ametistas, jaspis, opalas, chalcedonas yra visos kvarco rūšys. Todėl lęšiai, prizmės ir kitos optinių instrumentų dalys yra gaminamos iš skaidraus kvarco. Kvarcinis stiklas turi šias savybes:

Didelis vienodumas ir geras pralaidumas ultravioletinių, matomų ir artimų infraraudonųjų spindulių diapazonuose;

Nėra fluorescencijos;

Mažas šiluminio plėtimosi koeficientas;

Didelis atsparumas mechaniniams pažeidimams ir terminiams smūgiams;

Mažas pūslių susidarymas.

Ypač stebina kvarco elektrinės savybės. Jei suspaudžiate ar ištempsite kvarco kristalą, jo paviršiuose atsiranda elektros krūviai. Tai pjezoelektrinis efektas kristaluose.

Šiais laikais kaip pjezoelektrai naudojamas ne tik kvarcas, bet ir daugelis kitų, daugiausia dirbtinai susintetintų medžiagų: mėlynoji druska, bario titanatas, kalio ir amonio divandenilio fosfatai (KDR ir ADR) ir daugelis kitų.

Pjezoelektriniai kristalai plačiai naudojami garso atkūrimui, įrašymui ir perdavimui.

Taip pat yra pjezoelektrinių metodų, leidžiančių matuoti kraujospūdį žmogaus kraujagyslėse ir sulčių slėgį augalų stiebuose ir kamienuose.Pjezoelektrinėmis plokštėmis matuojamas, pavyzdžiui, slėgis artilerijos pabūklo vamzdyje šaudant, slėgis tuo metu. bombos sprogimo, momentinis slėgis variklio cilindruose, kai juose sprogsta karštos dujos.

Technologijoje polikristalinė medžiaga Polaroid taip pat rado savo pritaikymą.

Polaroidas yra plona skaidri plėvelė, visiškai užpildyta mažais skaidriais adatos pavidalo kristalais medžiagos, kuri laužo ir poliarizuoja šviesą. Visi kristalai yra lygiagretūs vienas kitam, todėl visi vienodai poliarizuoja per plėvelę praeinančią šviesą.

Polaroidinės plėvelės naudojamos polaroidiniuose akiniuose. Polaroidai blokuoja atspindėtos šviesos blizgesį, o pro ją praleidžia visą kitą šviesą. Jie yra nepamainomi poliariniams tyrinėtojams, kuriems nuolat tenka žiūrėti į akinantį saulės spindulių atspindį iš ledinio sniego lauko.

skystieji kristalai

Skystieji kristalai yra medžiagos, kurios vienu metu turi ir skysčių (skysčių), ir kristalų (anizotropijos) savybes. Pagal struktūrą FA yra skysčiai, panašūs į želė, susidedantys iš molekulių pailgos formos, užsakyta tam tikru būdu visame šio skysčio tūryje. Būdingiausia LC savybė yra jų gebėjimas keisti molekulių orientaciją veikiant elektriniams laukams, o tai atveria plačias galimybes juos pritaikyti pramonėje. Pagal LC tipą jie dažniausiai skirstomi į dvi dideles grupes: nematikus ir smektikus. Savo ruožtu nematika skirstoma į tinkamus nematinius ir cholesterinius skystuosius kristalus.

Vienas iš svarbių skystųjų kristalų naudojimo būdų yra termografija. Pasirinkus skystųjų kristalų medžiagos sudėtį, sukuriami indikatoriai skirtingiems temperatūrų diapazonams ir įvairioms konstrukcijoms. Pavyzdžiui, skystieji kristalai plėvelės pavidalu dedami ant tranzistorių, integrinių grandynų ir elektroninių grandinių spausdintinių plokščių. Sugedę elementai – labai karšti ar šalti, neveikiantys – iškart pastebimi ryškiomis spalvinėmis dėmėmis. Gydytojai gavo naujų galimybių: skystųjų kristalų indikatorius ant paciento odos greitai diagnozuoja latentinį uždegimą ir net naviką.

Skystųjų kristalų pagalba aptinkami kenksmingų cheminių junginių garai bei žmogaus sveikatai pavojinga gama ir ultravioletinė spinduliuotė. Skystųjų kristalų pagrindu sukurti slėgio matuokliai ir ultragarso detektoriai. Tačiau perspektyviausia skysčių programa kristalinės medžiagos- Informacinės technologijos. Nuo pirmųjų rodiklių, visiems pažįstamų nuo elektroninių laikrodžių iki spalvotų televizorių su atviruko dydžio skystųjų kristalų ekranu, prireikė vos kelerių metų. Šie televizoriai suteikia labai aukštos kokybės vaizdą, sunaudoja mažiau energijos.

Bet kurio LCD skydelio veikimas pagrįstas skaidrumo (tiksliau, skleidžiamos šviesos poliarizacijos keitimo) skystuosiuose kristaluose, veikiant elektros srovei, principu. TFT matricoje skystųjų kristalų sluoksnis valdomas mikroskopinių tranzistorių analoginių klavišų masyve, po vieną klavišą kiekvienam vaizdo pikseliui, todėl galima pasiekti didelį įjungimo-išjungimo taškų greitį ir padidinti vaizdo kontrastą. Kadangi patys skystieji kristalai neturi spalvos, spalvų skydelyje yra trys skystųjų kristalų sluoksniai (arba speciali vieno sluoksnio mozaikos struktūra) su atitinkamais filtrais kiekvienam spalvos komponentui (raudonai, žaliai, mėlynai). Skystieji kristalai negali švytėti patys, todėl, norint suteikti ekranui pažįstamą šviečiantį vaizdą, už LCD skydelio sumontuota speciali plokščia lempa, kuri apšviečia ekraną iš galo. Dėl to vartotojui atrodo, kad matrica „švyti“ kaip įprastas CRT ekranas.

ėsdinimo rūšys: sausas (plazma) ir skystas (skystose ėsdinimo priemonėse, HF rūgštyje). Privalumai sausas ėsdinimas: galimybė kontroliuoti anizotropiją, galimybė kontroliuoti selektyvumą, silpna ėsdinimo priklausomybė nuo apsauginės kaukės sukibimo su pagrindu, nereikalauja vėlesnių plovimo ir džiovinimo operacijų, ekonomiškesnis nei ėsdinimas skystuose reagentuose. Trūkumai: medžiagų paviršiaus pažeidimas bombarduojant jonus, elektronus ir fotonus. Sausas ėsdinimas skirstomas į:

Pagrindinės sauso ėsdinimo savybės: anizotropija yra darbinės medžiagos ėsdinimo greičio išilgai normalaus ir plokštės paviršiaus santykis su jos šoninio ėsdinimo greičiu; selektyvumas yra skirtingų medžiagų (pavyzdžiui, darbuotojo ir kaukės) ėsdinimo greičio santykis tomis pačiomis sąlygomis.

jonų ėsdinimas- procesas, kurio metu paviršiniai medžiagų sluoksniai pašalinami tik dėl fizinio purškimo. Purškimą atlieka dujų energetiniai jonai, kurie nedalyvauja cheminėse reakcijose su apdorojama medžiaga (dažniausiai inertinių dujų jonai). Jei apdorojama medžiaga dedama ant elektrodų ar laikiklių, besiliečiančių su išlydžio plazma, tai ėsdinimas tokiomis sąlygomis vadinamas jonų plazma. Jei medžiaga dedama į vakuuminio apdorojimo zoną, atskirtą nuo plazmos srities, ėsdinimas vadinamas jonų pluošto ėsdinimu.

V plazminis-cheminis Odinant paviršiniai medžiagų sluoksniai pašalinami tik dėl cheminių reakcijų tarp chemiškai aktyvių dalelių ir ėsdintos medžiagos atomų. Jei apdorojama medžiaga yra iškrovos plazmos srityje, tada vadinamas ėsdinimas plazma.Šiuo atveju cheminės ėsdinimo reakcijos medžiagos paviršiuje bus suaktyvintos bombarduojant mažos energijos elektronus ir jonus, taip pat fotonų bombardavimu. Jei medžiaga yra vakuuminio apdorojimo zonoje, paprastai vadinamoje reakcijos zona ir atskirta nuo plazmos srities, tada ėsdinimas atliekamas su chemiškai aktyviomis dalelėmis be aktyvavimo elektronų ir jonų bombardavimu, o kai kuriais atvejais net ir nesant fotono. poveikis. Toks ofortas vadinamas radikalus.

Plazma naudojama trijuose pagrindiniuose procesuose: medžiagoms ėsdinti, plonų plėvelių (kitų medžiagų) nusodinimui ant medžiagų paviršiaus, kitų dalelių legiravimui (implantacijai) medžiagos viduje.

Šiuolaikinis plazminių technologijų taikymas. Pagrindinis procesas fotolitografijos technologijoje (metalo ėsdinimas, plazminis pelenavimas (pelenavimas), plazmos nuvalymas (resisto pašalinimas))! Taip pat naudojamos gamybos technologijose: NEMS, MEMS, mikroelektronika, nanoelektronika, giroskopai, akselerometrai, polimerų ėsdinimas, polimerų mikrostruktūros, keraminės mikrostruktūros, giluminio ėsdinimo technologijos (su dideliu kraštinių santykiu: elemento dydžio ir ėsdinimo gylio santykis).

Gyvendami Žemėje, sudarytoje iš kristalinių uolienų, tikrai negalime atitraukti savęs nuo kristališkumo problemos: vaikštome ant kristalų, statome iš kristalų, apdorojame kristalus gamyklose, auginame juos laboratorijose, jie plačiai naudojami technikoje ir moksle. , valgome kristalus, patys gydome juos... Kristalografijos mokslas tiria kristalų įvairovę. Ji visapusiškai nagrinėja kristalines medžiagas, tiria jų savybes ir struktūrą. Senovėje buvo tikima, kad kristalai yra reti. Iš tiesų, didelių vienalyčių kristalų buvimas gamtoje yra nedažnas reiškinys. Tačiau smulkiagrūdės medžiagos yra gana dažnos. Taigi, pavyzdžiui, beveik visos uolienos: granitas, smiltainis, kalkakmenis yra kristalinės. Tobulėjus tyrimo metodams, medžiagos, kurios anksčiau buvo laikomos amorfinėmis, pasirodė esančios kristalinės. Dabar žinome, kad net kai kurios kūno dalys yra kristalinės, pavyzdžiui, akies ragena, vitaminai, kreidinis nervų apvalkalas yra kristalai. Ilgas paieškų ir atradimų kelias – nuo ​​išorinės kristalų formos giluminio matavimo iki jų atominės sandaros subtilybių – dar nebaigtas. Tačiau dabar mokslininkai gana gerai ištyrė jo struktūrą ir mokosi valdyti kristalų savybes.

Kristalai gražūs, galima sakyti, kažkoks stebuklas, traukia prie savęs; jie sako „krištolo sielos žmogus“ apie tą, kuris turi tyrą sielą. Kristalinis reiškia spindėti šviesa kaip deimantas... O jei kalbėtume apie kristalus su filosofine nuostata, tai galima sakyti, kad tai medžiaga, kuri yra tarpinė grandis tarp gyvos ir negyvos materijos. Kristalai gali gimti, senti, žlugti. Kristalas, augdamas ant sėklos (ant sėklos), paveldi tos pačios sėklos defektus. Apskritai galima pateikti daug pavyzdžių, kurie prisiderina prie tokios filosofinės nuotaikos, nors, žinoma, čia yra daug blogio... Pavyzdžiui, dabar per televiziją galima išgirsti apie tiesioginį vandens tvarkingumo laipsnio ryšį. molekulės su žodžiu, su muzika ir tas vanduo keičiasi priklausomai nuo minčių, nuo stebėtojo sveikatos būklės. Aš to nepriimu rimtai. Tiesą sakant, apie mokslą yra daug keiksmažodžių ir spėliojimų. O malda yra tarpininkaujama, ji veikia per Šventąją Dvasią ir nereikia maišyti mokslinio požiūrio su dvasiniais dalykais.

Tačiau kalbant visai rimtai, dabar turbūt neįmanoma įvardinti nei vienos disciplinos, nei vienos mokslo ir technikos srities, kuri apsieitų be kristalų. Kai dirbau, gydytojai būriais ateidavo pas mane, rodė ligonių inkstų akmenis: domėjosi, kokioje aplinkoje formuojasi kristalai. O vaistininkų buvo daug, nes tabletės – suspausti kristalai. Asimiliacija, tablečių tirpimas priklauso nuo to, kokiais veidais yra padengti šie mikrokristalai. Vitaminai, mielino nervų apvalkalas, baltymai ir virusai yra kristalai. O mūsų konsultacijos teikė didžiulį pasitenkinimą, atsakydami į iškilusius klausimus...

Kristalas yra stebuklingas savo savybėmis, atlieka įvairias funkcijas. Šios savybės būdingos jo struktūrai, kuri turi trimatę gardelės struktūrą.

Kristalų naudojimo pavyzdys yra kvarco kristalas, naudojamas telefonų telefonuose. Jei kvarcinė plokštė yra mechaniškai veikiama, joje kils elektros krūvis atitinkama kryptimi. Mikrofono vamzdelyje kvarcas paverčia garsiakalbio sukeliamas mechanines oro vibracijas į elektrines. Elektrinės vibracijos jūsų abonento ragelyje paverčiamos vibracine vibracija ir atitinkamai jis girdi kalbą.

Būdamas grotelės, kristalas yra briaunotas ir kiekvienas briaunas, kaip asmuo, yra unikalus. Jei veidas yra tankiai supakuotas į gardelę su medžiagos dalelėmis (atomais ar molekulėmis), tai yra labai lėtai augantis veidas. Pavyzdžiui, deimantas. Jo paviršiai yra oktaedro formos, jie yra labai tankiai užpildyti anglies atomais, todėl skiriasi ir blizgesiu, ir stiprumu.

Kristalografija nėra naujas mokslas. M. V. Lomonosovas stovi jos ištakose. Tačiau dirbtinių kristalų auginimas yra vėlesnis dalykas. Populiarioji Šubnikovo knyga „Kristalų formavimasis“ buvo išleista 1947 m. Ši mokslinė praktika išaugo iš mineralogijos – mokslo apie kristalus ir amorfinius kūnus. Kristalų augimas tapo įmanomas dėl mineralogijos duomenų apie kristalų susidarymą tyrimą gamtinės sąlygos. Ištyrus kristalų prigimtį, buvo nustatyta jų sudėtis ir augimo sąlygos. Ir dabar šie procesai yra imituojami, gaunant norimų savybių kristalus. Išgaunant kristalus dalyvauja chemikai ir fizikai. Jei pirmieji kuria augimo technologiją, antrieji nustato jų savybes. Ar galima atskirti dirbtinius kristalus nuo natūralių? Štai klausimas. Na, pavyzdžiui, dirbtinis deimantas savo kokybe, įskaitant blizgesį, vis tiek nusileidžia natūraliam. Dirbtiniai deimantai juvelyrinio džiaugsmo nesukelia, tačiau yra gana tinkami naudoti technikoje, šia prasme yra prilyginami natūraliems. Vėlgi, įžūlūs augintojai (taip vadinami chemikai, auginantys dirbtinius kristalus) išmoko išauginti ploniausias kristalų adatas, turinčias itin didelį stiprumą. Tai pasiekiama manipuliuojant terpės chemija, temperatūra, slėgiu ir kai kurių kitų papildomų sąlygų įtaka. O tai jau visas menas, kūryba, įgūdžiai – čia tikslieji mokslai nepadės, jie šioje srityje neveikia. Velionis akademikas Nikolajus Vasiljevičius Belovas sakė, kad kristalo auginimo meną turi specialistas, kuris subtiliai jaučia kristalą.

Kristalų panaudojimas pramonėje yra toks didelis ir įvairus, kad sunku juos išvardinti. Todėl apsiribojame keliais pavyzdžiais. Kristalų panaudojimas pramonėje yra toks didelis ir įvairus, kad sunku juos išvardinti. Todėl apsiribojame keliais pavyzdžiais.

Kiečiausias ir rečiausias iš natūralių mineralų yra deimantas. Šiandien deimantas visų pirma yra akmens apdirbimas, o ne akmens puošmena. Dėl savo išskirtinio kietumo deimantas vaidina didžiulį vaidmenį technologijoje. Deimantiniai pjūklai pjauna akmenis. Deimantinis pjūklas – tai didelis (iki 2 metrų skersmens) besisukantis plieninis diskas, kurio kraštuose daromos įpjovos arba įpjovos. Dėl savo išskirtinio kietumo deimantas vaidina didžiulį vaidmenį technologijoje. Deimantiniai pjūklai pjauna akmenis. Deimantinis pjūklas – tai didelis (iki 2 metrų skersmens) besisukantis plieninis diskas, kurio kraštuose daromos įpjovos arba įpjovos. Į šiuos pjūvius įtrinami smulkūs deimantų milteliai, sumaišyti su lipnia medžiaga. Toks diskas, besisukantis dideliu greičiu, greitai perpjauna bet kokį akmenį.

Deimantas yra nepaprastai svarbus uolienų gręžimo ir kasybos operacijose. Graviravimo įrankiai, dalijimo staklės, kietumo matuokliai, akmens ir metalo grąžtai turi deimantinius antgalius. Graviravimo įrankiai, dalijimo staklės, kietumo matuokliai, akmens ir metalo grąžtai turi deimantinius antgalius. Deimantiniai milteliai naudojami kietiems akmenims, grūdintam plienui, kietiems ir itin kietiems lydiniams šlifuoti ir poliruoti. Deimantiniai milteliai naudojami kietiems akmenims, grūdintam plienui, kietiems ir itin kietiems lydiniams šlifuoti ir poliruoti. Pats deimantas gali būti pjaustomas, poliruojamas ir graviruojamas tik deimantu. Svarbiausios variklių dalys automobilių ir aviacijos pramonėje yra apdorojamos deimantinėmis pjaustyklėmis ir grąžtais.

Rubinas ir safyras yra vieni gražiausių ir brangiausių brangakmenių. Visi šie akmenys turi ir kitų savybių, kuklesnių, bet naudingų. Kraujo raudonasis rubinas ir lazaro mėlynasis safyras yra broliai ir seserys, paprastai tai yra tas pats mineralas - korundas, aliuminio oksidas A1 2 O 3. Spalvų skirtumas atsirado dėl labai mažų aliuminio oksido priemaišų: nežymus chromo pridėjimas paverčia bespalviu korundu. į kraujo raudonumo rubiną, titano oksidą į safyrą. Yra korundų ir kitų spalvų. Jie taip pat turi labai kuklų, neapsakomą brolį: rudą, nepermatomą, smulkų korundą – švitrinį, kuriuo valomas metalas, iš kurio daroma švitrinė oda. Korundas su visomis jo atmainomis yra vienas kiečiausių akmenų Žemėje, kiečiausias po deimantų. Korundą galima naudoti akmenų ir metalo gręžimui, šlifavimui, poliravimui, galandimui. Šlifavimo diskai ir šlifavimo akmenys, šlifavimo milteliai gaminami iš korundo ir švitrinio smėlio.

Visa laikrodžių pramonė dirba su dirbtiniais rubinais. Puslaidininkių gamyklose geriausios grandinės brėžiamos rubino adatomis. Tekstilės ir chemijos pramonėje rubino siūlų kreiptuvai traukia siūlus iš dirbtinio pluošto, iš kaprono, iš nailono.

Naujas gyvenimas rubinas yra lazeris arba, kaip moksle vadinamas, optinis kvantinis generatorius (OQG), nuostabus šių dienų prietaisas. 1960 metais Buvo sukurtas pirmasis rubino lazeris. Paaiškėjo, kad rubino kristalas sustiprina šviesą. Lazeris šviečia ryškiau nei tūkstantis saulių. Galingas lazerio spindulys su milžiniška galia. Lengvai degina lakštą, virina metalinius laidus, degina metalinius vamzdžius, gręžia smulkiausias skylutes kietuose lydiniuose, deimantuose. Šias funkcijas atlieka kietasis lazeris, kuriame naudojamas rubinas, granatas su neoditu. Akių chirurgijoje dažniausiai naudojami neodino lazeriai ir rubino lazeriai. Artimojo lauko antžeminėse sistemose dažnai naudojami galio arsenido įpurškimo lazeriai.

Atsirado ir nauji lazeriniai kristalai: fluoritas, granatai, galio arsenidas ir kt.. Safyras yra skaidrus, todėl iš jo gaminamos plokštės optiniams įrenginiams. Didžioji dalis safyro kristalų patenka į puslaidininkių pramonę. Titnagas, ametistas, jaspis, opalas, chalcedonas yra visos kvarco rūšys. Maži kvarco grūdeliai sudaro smėlį. O pati gražiausia, nuostabiausia kvarco atmaina – kalnų krištolas, t.y. skaidrūs kvarco kristalai. Todėl lęšiai, prizmės ir kitos optinių instrumentų dalys yra gaminamos iš skaidraus kvarco.

Puslaidininkiai, kurie sukėlė revoliuciją elektronikoje, yra pagaminti iš kristalinių medžiagų, daugiausia silicio ir germanio. Šiuo atveju svarbų vaidmenį atlieka priedai, kurie įvedami į kristalinę gardelę. Puslaidininkiniai diodai naudojami kompiuteriuose ir ryšių sistemose, tranzistoriai pakeitė vakuuminius vamzdžius radijo inžinerijoje, o saulės baterijos, pastatytos ant išorinio erdvėlaivio paviršiaus, saulės energiją paverčia elektros energija. Puslaidininkiai taip pat plačiai naudojami keitikliuose kintamoji srovėį nuolatinę. Kristalai vaidino svarbų vaidmenį daugelyje XX amžiaus techninių naujovių. Kai kurie kristalai deformuodami sukuria elektros krūvį. Pirmasis reikšmingas jų pritaikymas buvo radijo dažnių generatorių, stabilizuotų kvarco kristalais, gamyba. Priverčiant kvarco plokštę vibruoti elektrinis laukas radijo dažnio virpesių grandinė, tokiu būdu galite stabilizuoti priėmimo ar perdavimo dažnį.

Kristalai taip pat naudojami kai kuriuose mazeriuose mikrobangoms stiprinti, o lazeriuose – šviesos bangoms stiprinti. Pjezoelektrinių savybių turintys kristalai naudojami radijo imtuvuose ir radijo siųstuvuose, imtuvuose ir sonaruose. Kai kurie kristalai moduliuoja šviesos spindulius, o kiti generuoja šviesą, taikydami įtampą. Kristalų panaudojimo būdų sąrašas jau ilgas ir auga.

Kas yra kristalai

Crystal (iš graikų k. kristalai- „skaidrus ledas“) iš pradžių buvo vadinamas skaidriu kvarcu (kalnų krištolas), randamu Alpėse. Kalnų krištolas buvo supainiotas su ledu, sukietėjęs nuo šalčio tiek, kad nebetirpsta. Iš pradžių pagrindinis kristalo bruožas buvo jo skaidrumas, o šis žodis buvo vartojamas visoms skaidrioms natūralioms kietosioms medžiagoms.

Vėliau jie pradėjo gaminti stiklą, savo blizgesiu ir skaidrumu nenusileidžiantį natūralioms medžiagoms. Iš tokio stiklo pagaminti objektai dar buvo vadinami „kristalu“. Dar ir šiandien ypatingo skaidrumo stiklas vadinamas krištoliniu, „stebuklingasis“ būrėjų rutulys – krištoliniu.

Nuostabi kalnų krištolo ir daugelio kitų skaidrių mineralų savybė yra jų lygūs plokšti paviršiai. XVII amžiaus pabaigoje pastebėta, kad jų išdėstyme yra tam tikra simetrija. Taip pat buvo nustatyta, kad kai kurie nepermatomi mineralai taip pat turi natūralų taisyklingą pjūvį ir kad pjūvio forma būdinga konkrečiam mineralui. Buvo spėjimas, kad forma gali būti siejama su vidine struktūra. Galiausiai visos kietosios medžiagos, turinčios natūralų plokščią briauną, buvo vadinamos kristalais.

Turėdami omenyje galimybę tiesiogiai ištirti vidinę struktūrą, daugelis kristalografijos specialistų pradėjo vartoti terminą „kristalas“ visų kietųjų medžiagų, turinčių tvarkingą vidinę struktūrą, atžvilgiu.

Atomai, sudarantys dujas, skysčius ir kietąsias medžiagas, turi skirtingą eilės laipsnį. Dujose atomai ir mažos atomų grupės, sujungtos į molekules, nuolatos atsitiktinai juda. Jei dujos atšaldomos, tada pasiekiama tokia temperatūra, kuriai esant molekulės kiek įmanoma labiau priartėja viena prie kitos ir susidaro skystis. Tačiau skysčio atomai ir molekulės vis tiek gali slysti vienas kito atžvilgiu. Kai kai kurie skysčiai, pavyzdžiui, vanduo, atšaldomi, pasiekiama temperatūra, kurioje molekulės užšąla santykiniame kristalinės būsenos nejudrume. Ši temperatūra, kuri yra skirtinga visiems skysčiams, vadinama užšalimo temperatūra. (Vanduo užšąla 0 ° C temperatūroje; tuo pačiu metu vandens molekulės yra tvarkingai sujungtos viena su kita, sudarydamos taisyklingą geometrinę figūrą.) Kiekviena kristalinės būsenos medžiagos dalelė (atomas ar molekulė) turi tokią pat aplinką kaip ir bet kuri kita. to paties tipo dalelė visame kristale. Kitaip tariant, jį supa aiškiai apibrėžtos dalelės, esančios tiksliai apibrėžtais atstumais nuo jo. Būtent toks tvarkingas trimatis išdėstymas būdingas kristalams ir išskiria juos iš kitų kietųjų medžiagų..

Nuostabu šalia

Turbūt labiausiai paplitę ir kartu nuostabūs kristalai yra snaigės. Kiekvieną žiemą matome milijardus šių mažų kristalų. Ir kokie raštai formuojami ant langų (nebent jie, žinoma, ne plastikiniai).

Snaigė yra sudėtinga simetriška struktūra, sudaryta iš kartu susitelkusių ledo kristalų. Surinkimo variantų daug – iki šiol tarp snaigių nepavyko rasti dviejų vienodų snaigių. Libbrechto laboratorijoje atlikti tyrimai patvirtina šį faktą – kristalų struktūros gali būti auginamos dirbtinai arba stebimos gamtoje.

Šiuo metu kristalografija aktyviai plėtojama, susijusi su elektronikos ir kietojo kūno fizikos poreikiais – visų pirma puslaidininkių, naudojamų kasdieniuose elektroniniuose prietaisuose, savybės labai priklauso nuo juose naudojamų kristalų savybių. Kitą žingsnį tiriant garsiausių natūralių kristalų – snaigių – savybes atliko fizikos profesorius Kennethas Libbrechtas iš Kalifornijos technologijos instituto.

Profesoriaus Libbrechto laboratorijoje snaigės auginamos dirbtinai. „Stengiuosi išsiaiškinti kristalų formavimosi dinamiką molekuliniu lygmeniu“, – komentuoja profesorius. „Tai nėra lengva užduotis, o ledo kristalai slepia daug paslapčių. Siekdamas ištirti snaigių savybes, nuo 2001 m. prof. Libbrechtas pradėjo fotografuoti natūraliai susiformavusias snaiges ir jas palyginti. Struktūra ir išvaizda snaigės, kaip paaiškėjo, priklauso nuo to, kur tiksliai jos buvo pastebėtos. Anot Libbrechto, gražiausios ir sudėtingiausios snaigės krinta ten, kur klimatas atšiauresnis – pavyzdžiui, Aliaskoje, tačiau Niujorke, kur klimatas švelnesnis, sniego kristalų struktūros daug paprastesnės.

Mėgaukimės šiuo stebuklu

Kristalų pritaikymas

Kristalų pritaikymas moksle ir technologijose yra toks didelis ir įvairus, kad sunku juos išvardinti.

Kiečiausias ir rečiausias iš natūralių mineralų yra deimantas. Šiandien deimantas visų pirma yra akmens apdirbimas, o ne akmens puošmena.

Dėl savo išskirtinio kietumo deimantas vaidina didžiulį vaidmenį technologijoje. Deimantiniai pjūklai pjauna akmenis. Deimantinis pjūklas – tai didelis (iki 2 metrų skersmens) besisukantis plieninis diskas, kurio kraštuose daromos įpjovos arba įpjovos. Į šiuos pjūvius įtrinami smulkūs deimantų milteliai, sumaišyti su lipnia medžiaga. Toks diskas, besisukantis dideliu greičiu, greitai perpjauna bet kokį akmenį.

Deimantas yra nepaprastai svarbus uolienų gręžimo ir kasybos operacijose. Graviravimo įrankiai, dalijimo staklės, kietumo matuokliai, akmens ir metalo grąžtai turi deimantinius antgalius.

O deimantų milteliai naudojami kietiems akmenims, grūdintam plienui, kietiems ir itin kietiems lydiniams šlifuoti ir poliruoti. Pats deimantas gali būti pjaustomas, poliruojamas ir graviruojamas tik deimantu. Svarbiausios variklių dalys automobilių ir aviacijos pramonėje yra apdorojamos deimantinėmis pjaustyklėmis ir grąžtais.

rubinas

safyras

Rubinas ir safyras yra vieni gražiausių ir brangiausių brangakmenių. Visi šie akmenys turi ir kitų savybių, kuklesnių, bet naudingų. Kraujo raudonasis rubinas ir lazaro mėlynasis safyras yra broliai ir seserys, paprastai tai yra tas pats mineralas - korundas, aliuminio oksidas A1 2 O 3. Spalvų skirtumas atsirado dėl labai mažų priemaišų aliuminio okside: nežymiai pridėjus chromo bespalvis korundas paverčiamas raudonu kraujo rubinu, o titano oksidas – safyru. Yra korundų ir kitų spalvų.

Jie taip pat turi labai kuklų, neapsakomą brolį: rudą, nepermatomą, smulkų korundą – švitrinį, kuriuo valomas metalas, iš kurio daroma švitrinė oda. Korundas su visomis jo atmainomis yra vienas kiečiausių akmenų Žemėje, kiečiausias po deimantų. Korundą galima naudoti akmenų ir metalo gręžimui, šlifavimui, poliravimui, galandimui. Šlifavimo diskai ir šlifavimo akmenys, šlifavimo milteliai gaminami iš korundo ir švitrinio smėlio.

Visa laikrodžių pramonė dirba su dirbtiniais rubinais. Puslaidininkių gamyklose geriausios grandinės brėžiamos rubino adatomis. Tekstilės ir chemijos pramonėje rubino siūlų kreiptuvai traukia siūlus iš dirbtinio pluošto, iš kaprono, iš nailono.

Naujasis rubino gyvenimas yra lazeris arba, kaip moksle vadinamas, optinis kvantinis generatorius (OQG), nuostabus mūsų dienų prietaisas. 1960 metais Buvo sukurtas pirmasis rubino lazeris. Paaiškėjo, kad rubino kristalas sustiprina šviesą. Lazeris šviečia ryškiau nei tūkstantis saulių.

Safyras yra skaidrus, todėl iš jo gaminamos plokštelės optiniams instrumentams.

Didžioji dalis safyro kristalų patenka į puslaidininkių pramonę.

jaspis

ametistas

titnagas

Titnagas, ametistas, jaspis, opalas, chalcedonas yra visos kvarco rūšys. Maži kvarco grūdeliai sudaro smėlį. O pati gražiausia, nuostabiausia kvarco atmaina – kalnų krištolas, t.y. skaidrūs kvarco kristalai. Todėl lęšiai, prizmės ir kitos optinių instrumentų dalys yra gaminamos iš skaidraus kvarco.

Ypač stebina kvarco elektrinės savybės. Jei suspaudžiate ar ištempsite kvarco kristalą, jo paviršiuose atsiranda elektros krūviai. Tai pjezoelektrinis efektas kristaluose.

Šiais laikais kaip pjezoelektrai naudojamas ne tik kvarcas, bet ir daugelis kitų, daugiausia dirbtinai susintetintų medžiagų: mėlynoji druska, bario titanatas, kalio ir amonio divandenilio fosfatai (KDR ir ADR) ir daugelis kitų.

Pjezoelektriniai kristalai plačiai naudojami garso atkūrimui, įrašymui ir perdavimui.

Elektrooptinė pramonė yra kristalų, neturinčių simetrijos centro, pramonė. Ši pramonė yra labai didelė ir įvairi, jos gamyklose auginami ir apdorojami šimtai kristalų rūšių, skirtų naudoti optikoje, akustikoje, radijo elektronikoje ir lazerinėse technologijose.

Technologijoje polikristalinė medžiaga Polaroid taip pat rado savo pritaikymą.

Polaroidas yra plona skaidri plėvelė, visiškai užpildyta mažais skaidriais adatos pavidalo kristalais medžiagos, kuri laužo ir poliarizuoja šviesą. Visi kristalai yra lygiagretūs vienas kitam, todėl visi vienodai poliarizuoja per plėvelę praeinančią šviesą.

Polaroidinės plėvelės naudojamos polaroidiniuose akiniuose. Polaroidai blokuoja atspindėtos šviesos blizgesį, o pro ją praleidžia visą kitą šviesą. Jie yra būtini poliariniams tyrinėtojams, kurie nuolat turi žiūrėti į akinamą atspindį saulės spinduliai iš sušalusio sniego lauko.

Polaroidiniai akiniai padės išvengti priešpriešinių automobilių susidūrimų, kurie labai dažnai nutinka dėl to, kad atvažiuojančio automobilio šviesos apakina vairuotoją, o jis šio automobilio nemato. Jei automobilių priekiniai stiklai ir automobilių žibintų stiklai pagaminti iš poliaroido, o abu polaroidai pasukami taip, kad jų optinės ašys pasislinktų, tai priekinis stiklas nepraleis atvažiuojančio automobilio lempų šviesos, „užgesins“.

Kristalai vaidino svarbų vaidmenį daugelyje XX amžiaus techninių naujovių. Kai kurie kristalai deformuodami sukuria elektros krūvį.

Puslaidininkiniai įtaisai, kurie padarė revoliuciją elektronikoje, yra pagaminti iš kristalinių medžiagų, daugiausia silicio ir germanio.
Kristalų panaudojimo būdų sąrašas jau ilgas ir auga.

Kristalai ir sveikata

Yra nemažai kristalų panaudojimo terapijoje metodų. Paprasčiausias yra kontaktinis gydymas. Užtepate skaudamą vietą akmeniu arba nešiojate iš jo papuošalus. Tokie papuošalai medicininiais tikslais gali būti naudojami visą dieną, priklausomai nuo jūsų ligos.

žali akmenys

Visi žali akmenys ramina, malšina nemigą.

Smaragdas gerina regėjimą ir gali išgydyti kosulį.

Nefritas – naudingas sergant inkstų ligomis. Jį reikia nešioti ant apatinės nugaros dalies metus.

Malachitas stiprina imuninę sistemą, padeda kasai, inkstams ir blužniui. Manoma, kad malachito pakabukas variniame rėme gydo reumatą ir išialgiją. Malachitas labai gerai dera su sidabru.

Mėlyni ir violetiniai akmenys

Šie tonai malšina uždegimus, kovoja su infekcijomis, naudingi daug laiko praleidžiantiems prie kompiuterio, sergantiems plaučių ligomis. akmenys mėlynos spalvos sumažinti apetitą.

Turkis tarnauja kaip sveikatos rodiklis: jei nešiojate turkio spalvos papuošalus ir matote, kad jis patamsėjo, tai yra tikras prasidėjusios ligos požymis.

1 skaidrė

2 skaidrė

Kristalų panaudojimas pramonėje yra toks didelis ir įvairus, kad sunku juos išvardinti. Todėl apsiribojame keliais pavyzdžiais.

3 skaidrė

Kiečiausias ir rečiausias iš natūralių mineralų yra deimantas. Šiandien deimantas visų pirma yra akmens apdirbimas, o ne akmens puošmena. Dėl savo išskirtinio kietumo deimantas vaidina didžiulį vaidmenį technologijoje. Deimantiniai pjūklai pjauna akmenis. Deimantinis pjūklas – tai didelis (iki 2 metrų skersmens) besisukantis plieninis diskas, kurio kraštuose daromos įpjovos arba įpjovos. Į šiuos pjūvius įtrinami smulkūs deimantų milteliai, sumaišyti su lipnia medžiaga. Toks diskas, besisukantis dideliu greičiu, greitai perpjauna bet kokį akmenį.

4 skaidrė

Deimantas yra nepaprastai svarbus uolienų gręžimo ir kasybos operacijose. Graviravimo įrankiai, dalijimo staklės, kietumo matuokliai, akmens ir metalo grąžtai turi deimantinius antgalius. Deimantiniai milteliai naudojami kietiems akmenims, grūdintam plienui, kietiems ir itin kietiems lydiniams šlifuoti ir poliruoti. Pats deimantas gali būti pjaustomas, poliruojamas ir graviruojamas tik deimantu. Svarbiausios variklių dalys automobilių ir aviacijos pramonėje yra apdorojamos deimantinėmis pjaustyklėmis ir grąžtais.

5 skaidrė

Rubinas ir safyras yra vieni gražiausių ir brangiausių brangakmenių. Visi šie akmenys turi ir kitų savybių, kuklesnių, bet naudingų. Kraujo raudonasis rubinas ir lazaro mėlynasis safyras yra broliai ir seserys, paprastai tai yra tas pats mineralas - korundas, aliuminio oksidas A12O3. Spalvų skirtumas atsirado dėl labai mažų aliuminio oksido priemaišų: nežymiai pridėjus chromo bespalvis korundas paverčiamas raudonu kraujo rubinu, o titano oksidas – safyru. Yra korundų ir kitų spalvų. Jie taip pat turi labai kuklų, neapsakomą brolį: rudą, nepermatomą, smulkų korundą – švitrinį, kuriuo valomas metalas, iš kurio daroma švitrinė oda. Korundas su visomis jo atmainomis yra vienas kiečiausių akmenų Žemėje, kiečiausias po deimantų. Korundą galima naudoti akmenų ir metalo gręžimui, šlifavimui, poliravimui, galandimui. Šlifavimo diskai ir šlifavimo akmenys, šlifavimo milteliai gaminami iš korundo ir švitrinio smėlio.

6 skaidrė

Visa laikrodžių pramonė dirba su dirbtiniais rubinais. Puslaidininkių gamyklose geriausios grandinės brėžiamos rubino adatomis. Tekstilės ir chemijos pramonėje rubino siūlų kreiptuvai traukia siūlus iš dirbtinio pluošto, iš kaprono, iš nailono.

7 skaidrė

Naujasis rubino gyvenimas yra lazeris arba, kaip moksle vadinamas, optinis kvantinis generatorius (OQG), nuostabus mūsų dienų prietaisas. 1960 metais Buvo sukurtas pirmasis rubino lazeris. Paaiškėjo, kad rubino kristalas sustiprina šviesą. Lazeris šviečia ryškiau nei tūkstantis saulių. Galingas lazerio spindulys su milžiniška galia. Lengvai degina lakštą, virina metalinius laidus, degina metalinius vamzdžius, gręžia smulkiausias skylutes kietuose lydiniuose, deimantuose. Šias funkcijas atlieka kietasis lazeris, kuriame naudojamas rubinas, granatas su neoditu. Akių chirurgijoje dažniausiai naudojami neodino lazeriai ir rubino lazeriai. Artimojo lauko antžeminėse sistemose dažnai naudojami galio arsenido įpurškimo lazeriai.

8 skaidrė

Atsirado ir nauji lazeriniai kristalai: fluoritas, granatai, galio arsenidas ir kt.. Safyras yra skaidrus, todėl iš jo gaminamos plokštės optiniams įrenginiams. Didžioji dalis safyro kristalų patenka į puslaidininkių pramonę. Titnagas, ametistas, jaspis, opalas, chalcedonas yra visos kvarco rūšys. Maži kvarco grūdeliai sudaro smėlį. O pati gražiausia, nuostabiausia kvarco atmaina – kalnų krištolas, t.y. skaidrūs kvarco kristalai. Todėl lęšiai, prizmės ir kitos optinių instrumentų dalys yra gaminamos iš skaidraus kvarco.

9 skaidrė

Puslaidininkiniai įtaisai, kurie padarė revoliuciją elektronikoje, yra pagaminti iš kristalinių medžiagų, daugiausia silicio ir germanio. Šiuo atveju svarbų vaidmenį atlieka priedai, kurie įvedami į kristalinę gardelę. Puslaidininkiniai diodai naudojami kompiuteriuose ir ryšių sistemose, tranzistoriai pakeitė vakuuminius vamzdžius radijo inžinerijoje, o saulės baterijos, pastatytos ant išorinio erdvėlaivio paviršiaus, saulės energiją paverčia elektros energija. Puslaidininkiai taip pat plačiai naudojami AC/DC keitikliuose. Kristalai vaidino svarbų vaidmenį daugelyje XX amžiaus techninių naujovių. Kai kurie kristalai deformuodami sukuria elektros krūvį. Pirmasis reikšmingas jų pritaikymas buvo radijo dažnių generatorių, stabilizuotų kvarco kristalais, gamyba. Priverčiant kvarcinę plokštę vibruoti radijo dažnio virpesių grandinės elektriniame lauke, galima stabilizuoti priėmimo arba perdavimo dažnį.

10 skaidrės

Kristalai taip pat naudojami kai kuriuose mazeriuose mikrobangoms stiprinti, o lazeriuose – šviesos bangoms stiprinti. Pjezoelektrinių savybių turintys kristalai naudojami radijo imtuvuose ir radijo siųstuvuose, imtuvuose ir sonaruose. Kai kurie kristalai moduliuoja šviesos spindulius, o kiti generuoja šviesą, taikydami įtampą. Kristalų panaudojimo būdų sąrašas jau ilgas ir auga.