Primene kristala u nauci i tehnologiji Primene kristala u nauci i tehnologiji su toliko brojne i raznovrsne da ih je teško navesti.

Dijamant Najtvrđi i najrjeđi od svih prirodnih minerala, dijamant. Danas je dijamant prvenstveno kameni radnik, a ne kameni ukras.

Zbog svoje izuzetne tvrdoće, dijamant igra veliku ulogu u tehnologiji. Dijamantske testere se koriste za rezanje kamena. Dijamantska pila je veliki (do 2 metra u promjeru) rotirajući čelični disk sa rezovima ili urezima na rubovima. U ove rezove utrljava se fini dijamantski prah pomiješan sa nekom vrstom ljepila. Takav disk, rotirajući sa velika brzina, brzo seče bilo koji kamen.

Dijamant je od kolosalne važnosti za bušenje stijena, u rudarskim operacijama. U alate za graviranje, strojeve za dijeljenje, mjerač tvrdoće, burgije za kamen i metal, umeću se dijamantski vrhovi. Dijamantni prah se koristi za mljevenje i poliranje tvrdog kamena, kaljenog čelika, tvrdih i supertvrdih legura. Sam dijamant se može rezati, polirati i gravirati samo dijamantom. Najkritičniji dijelovi motora u automobilskoj i zrakoplovnoj industriji obrađuju se dijamantskim rezačima i bušilicama.

Rubin i safir spadaju među najljepše i najskuplje drago kamenje... Sve ovo kamenje ima i druge kvalitete, skromnije, ali korisne. Krvavo crveni rubin i lazarovo plavi safir su braća, uglavnom su isti mineral korund, aluminijum oksid A 12 O 3. Razlika u boji nastala je zbog vrlo malih nečistoća u aluminijum oksidu: zanemariv dodatak hroma pretvara bezbojni korund u krv crveni rubin, titanijum oksid u safir. Ima korunda i drugih boja. Imaju i skromnog, neopisivog brata sa svime: smeđim, neprozirnim, finim korundnim šmirglom, kojim se čisti metal, od kojeg se pravi brus. Korund sa svim svojim varijantama jedan je od najtvrđih kamena na Zemlji, najtvrđi nakon dijamanta.

Cijela industrija satova koristi umjetnu gumu. U fabrikama poluprovodnika najfinija kola se crtaju rubin iglama. U tekstilnoj i hemijskoj industriji rubin vodiči za pređu izvlače niti od umjetnih vlakana, od najlona, ​​od najlona.

Snažan laserski snop sa ogromnom snagom. Lako ih zapali lim, zavari metalne žice, gori metalne cijevi, buši najtanje rupe u tvrdim legurama, dijamantima. Ove funkcije izvodi čvrsti laser, koji koristi rubin, granatu s neoditom. U hirurgiji oka najčešće se koriste neuniformisani laseri i rubin laseri. Laseri za injektiranje galij-arsenida se često koriste u zemaljskim sistemima kratkog dometa.

Kremen, ametist, jaspis, opal, kalcedon su sve vrste kvarca. Mala zrna kvarca formiraju pijesak.

A najljepša, najdivnija vrsta kvarca je rhinestone, odnosno prozirni kristali kvarca. Stoga se sočiva, prizme i drugi dijelovi optičkih uređaja izrađuju od prozirnog kvarca. Električna svojstva kvarca su posebno iznenađujuća. Ako komprimirate ili rastegnete kvarcni kristal, na njegovim stranama nastaju električni naboji. Ovo je piezoelektrični efekat u kristalima.

Danas se kao piezoelektrika koristi ne samo kvarc, već i mnoge druge, uglavnom umjetno sintetizirane tvari: plava sol, barij titanat, kalijev i amonijum dihidrogen fosfati (KDR i ADR) i mnoge druge. Piezoelektrični kristali se široko koriste za reprodukciju, snimanje i prijenos zvuka.

Postoje i piezoelektrične metode za mjerenje krvnog pritiska u ljudskim krvnim sudovima i pritiska soka u stabljikama i stablima biljaka. Piezoelektrične ploče se koriste za mjerenje, na primjer, tlaka u cijevi artiljerijske puške pri ispaljivanju, tlaka u trenutku eksplozije bombe i trenutnih pritisaka u cilindrima motora kada vrući plinovi eksplodiraju u njima.

Elektrooptička industrija je industrija kristala koji nemaju centar simetrije. Ova industrija je veoma velika i raznolika; stotine vrsta kristala se uzgajaju i obrađuju u njenim fabrikama za upotrebu u optici, akustici, radio elektronici i laserskoj tehnologiji.

Polikristalni materijal polaroid je također pronašao svoju primjenu u tehnologiji. Polaroid je tanak prozirni film, potpuno ispunjen sićušnim prozirnim igličastim kristalima supstance koja dvostruko reflektuje i polarizuje svjetlost. Svi kristali su međusobno paralelni, stoga svi podjednako polarizuju svjetlost koja prolazi kroz film. Polaroid folije se koriste u polaroid naočalama. Polaroidi gase odsjaj reflektovane svjetlosti, propuštajući svu preostalu svjetlost. Nezamjenjivi su za polarne istraživače koji stalno moraju gledati u zasljepljujući odraz. sunčeve zrake iza ledenog snježnog polja.

Polaroid naočare će pomoći u sprečavanju sudara nadolazećih automobila, koji se vrlo često dešavaju zbog činjenice da svjetla nadolazećeg automobila zaslijepe vozača, a on ne vidi ovaj automobil. Ako su šoferšajbni automobila i stakla automobilskih lanterna napravljeni od polaroida, a oba polja roida su rotirana tako da su njihove optičke ose pomaknute, tada vjetrobran neće propuštati svjetlost iz lampiona nadolazećeg automobila, "ugasi ga".

Igrali su kristali važnu ulogu U mnogima tehničke inovacije 20ti vijek Neki kristali stvaraju električni naboj sa deformacijom. Njihova prva značajna primjena bila je proizvodnja RF generatora sa stabilizacijom kristala kvarca. Učiniti da kvarcna ploča vibrira električno polje radio frekvencijski oscilatorni krug, na taj način možete stabilizirati frekvenciju prijema ili prijenosa.

Poluprovodnički uređaji koji su revolucionirali elektroniku napravljeni su od kristalnih supstanci, uglavnom silicija i germanija. U ovom slučaju važnu ulogu imaju dopanti, koji se uvode u kristalnu rešetku. Poluprovodničke diode se koriste u računarima i komunikacijskim sistemima, tranzistori su zamijenili vakuumske cijevi u radiotehnici, a solarni paneli postavljeno na vanjska površina svemir aviona, transform solarna energija u električnu. Poluprovodnici se takođe široko koriste u pretvaračima naizmjenična struja na trajno.

Kristali se također koriste u nekim maserima za pojačavanje mikrovalnih valova i u laserima za pojačavanje svjetlosnih valova. Kristali sa piezoelektričnim svojstvima koriste se u radio uređajima i radio predajnicima, u glavama za prijemnike i u sonarima. Neki kristali moduliraju svjetlosne snopove, dok drugi stvaraju svjetlost kada se primijeni napon. Lista upotrebe kristala je duga i raste.

Primjena kristala u nauci i tehnologiji je toliko brojna i raznolika da ih je teško nabrojati. Stoga ćemo se ograničiti na nekoliko primjera.

Najtvrđi i najrjeđi prirodni mineral je dijamant.

Zbog svoje izuzetne tvrdoće, dijamant igra veliku ulogu u tehnologiji. Dijamantske testere se koriste za rezanje kamena. Dijamant je od kolosalne važnosti za bušenje stijena, u rudarskim operacijama.

U alate za graviranje, strojeve za dijeljenje, mjerač tvrdoće, burgije za kamen i metal, umeću se dijamantski vrhovi.

Dijamantni prah brusi i polira tvrdo kamenje, kaljeni čelik, tvrde i supertvrde legure. Sam dijamant se može rezati, polirati i gravirati samo dijamantom. Najkritičniji dijelovi motora u automobilskoj i zrakoplovnoj industriji obrađuju se dijamantskim rezačima i bušilicama.

Rubin i safir su među najlepšim i najskupljim dragim kamenjem. Sve ovo kamenje ima i druge kvalitete, skromnije, ali korisne.

Cijela industrija satova koristi umjetne rubine. U fabrikama poluprovodnika najfinija kola se crtaju rubin iglama. U tekstilnoj i hemijskoj industriji, rubin vodiči za pređu izvlače niti od umjetnih vlakana, od najlona, ​​od najlona.

Novi život rubina je laser ili, kako ga u nauci nazivaju, optički kvantni generator (LQG). Godine 1960. stvoren je prvi rubin laser. Ispostavilo se da kristal rubina pojačava svjetlost. Za rubin laser najmanji prečnik svjetlosne mrlje je oko 0,7 mikrona. Na taj način se može stvoriti izuzetno velika gustina zračenja. Odnosno, koncentrirati energiju što je više moguće. Snažan laserski snop sa ogromnom snagom. Lako izgara kroz lim, zavari metalne žice, progori metalne cijevi, buši najfinije rupe u tvrdim legurama i dijamantima. Ove funkcije izvodi čvrsti laser, koji koristi rubin, granatu s neoditom. U hirurgiji oka najčešće se koriste neuniformisani laseri i rubin laseri. Laseri za ubrizgavanje galijum arsenida se često koriste u zemaljskim sistemima kratkog dometa. Pojavili su se i novi laserski kristali: fluorit, granati, galijum arsenid itd.

Safir je providan, pa se od njega prave ploče za optičke instrumente.

Najveći dio safirnih kristala ide u industriju poluvodiča.

Kremen, ametist, jaspis, opal, kalcedon su sve vrste kvarca. Stoga se sočiva, prizme i drugi dijelovi optičkih uređaja izrađuju od prozirnog kvarca. Kvarc staklo ima sljedeće kvalitete:

Visoka uniformnost i dobra transmisija u ultraljubičastom, vidljivom i bliskom infracrvenom opsegu;

Nedostatak fluorescencije;

Nizak koeficijent toplinske ekspanzije;

Visoka otpornost na mehanička oštećenja i termički udar;

Low bubbling.

Električna svojstva kvarca su posebno iznenađujuća. Ako komprimirate ili rastegnete kvarcni kristal, na njegovim stranama nastaju električni naboji. Ovo je piezoelektrični efekat u kristalima.

Danas se kao piezoelektrika koristi ne samo kvarc, već i mnoge druge, uglavnom umjetno sintetizirane tvari: plava sol, barij titanat, kalijum i amonijum dihidrogen fosfati (KDR i ADR) i mnoge druge.

Piezoelektrični kristali se široko koriste za reprodukciju, snimanje i prijenos zvuka.

Postoje i piezoelektrične metode za merenje krvnog pritiska u ljudskim krvnim sudovima i pritiska sokova u stabljikama i stablima biljaka.Pijezoelektrične ploče mere npr. pritisak u cevi artiljerijske puške kada se ispali, pritisak u trenutku eksplozije bombe, trenutni pritisak u cilindrima motora kada vreli gasovi eksplodiraju u njima...

Polikristalni materijal polaroid je također pronašao svoju primjenu u tehnologiji.

Polaroid je tanak prozirni film, potpuno ispunjen sićušnim prozirnim igličastim kristalima supstance koja dvostruko reflektuje i polarizuje svjetlost. Svi kristali su međusobno paralelni, tako da svi podjednako polariziraju svjetlost koja prolazi kroz film.

Polaroid folije se koriste u polaroid naočalama. Polaridi prigušuju odsjaj reflektovane svjetlosti, dopuštajući da prođe sva druga svjetlost. Nezamjenjivi su za polarne istraživače koji stalno moraju gledati u blistavu refleksiju sunčevih zraka sa ledenog snježnog polja.

Tečni kristali

Tečni kristali su supstance koje istovremeno poseduju svojstva i tečnosti (fluidnost) i kristala (anizotropija). Po svojoj strukturi, LC su želeaste tečnosti, koje se sastoje od izduženih molekula, poredanih na određeni način po celoj zapremini te tečnosti. Najkarakterističnije svojstvo LC je njihova sposobnost da mijenjaju orijentaciju molekula pod uticajem električnih polja, što otvara obilne mogućnosti za njihovu upotrebu u industriji. Po vrsti, LC se obično dijele u dvije velike grupe: nematike i smektike. Zauzvrat, nematici se dijele na prave nematičke i holesterične tečne kristale.

Jedna od važnih oblasti upotrebe tečnih kristala je termografija. Odabirom sastava tekuće kristalne supstance, oni stvaraju indikatore za različite temperaturne opsege i za različite dizajne. Na primjer, tečni kristali nalik na film primjenjuju se na tranzistore, integrirana kola i štampane ploče elektronskih kola. Neispravni elementi - vrlo vrući ili hladni, neispravni - odmah se primjećuju po svijetlim mrljama u boji. Nove mogućnosti su date liječnicima: indikator tekućih kristala na koži pacijenta brzo dijagnosticira latentnu upalu, pa čak i tumor.

Uz pomoć tečnih kristala, isparenja su štetna hemijska jedinjenja i opasno po ljudsko zdravlje gama i ultraljubičasto zračenje. Manometri i ultrazvučni detektori kreirani su na bazi tečnih kristala. Ali područje primjene tekućih kristala koje najviše obećava je informacijska tehnologija. Od prvih indikatora, svima poznatih od elektronskih satova, do LCD televizora u boji veličine razglednice, prošlo je samo nekoliko godina. Takvi televizori daju vrlo Visoka kvaliteta uz trošenje manje energije.

Rad bilo kojeg LCD panela zasniva se na principu promjene prozirnosti (tačnije, promjene polarizacije propuštenog svjetla) u tekućim kristalima pod utjecajem električne struje. U TFT matrici, sloj tekućih kristala je kontroliran matricom mikroskopskih tranzistorskih analognih prekidača, po jedan prekidač za svaki piksel slike, što omogućava veliku brzinu uključivanja/isključivanja tačaka i povećanje kontrasta slike. Budući da sami tečni kristali nemaju boju, panel u boji ima tri sloja tečnih kristala (ili posebnu jednoslojnu mozaičku strukturu) sa odgovarajućim filterima za svaku komponentu boje (crvena, zelena, plava). Tečni kristali ne mogu sami da sijaju, stoga, kako bi se ekran dao poznatim sjajnim izgledom, iza LCD panela je ugrađena posebna ravna lampa koja osvetljava ekran sa zadnje strane. Kao rezultat, korisniku se čini da matrica "sjaji" kao običan CRT ekran.

Vrste jetkanja: suvo (plazma) i tečno (u tečnim nagrizajima, HF kiselina). Prednosti suho jetkanje: sposobnost kontrole anizotropije, sposobnost kontrole selektivnosti, slaba ovisnost jetkanja o prianjanju zaštitne maske na podlogu, ne zahtijeva naknadne operacije ispiranja i sušenja, ekonomičnije od jetkanja u tekućim reagensima. Nedostaci: Oštećenje površine materijala bombardovanjem jonima, elektronima i fotonima. Suho graviranje se dijeli na:

Glavne karakteristike suhog graviranja: anizotropija- omjer brzine jetkanja radnog materijala duž normale na površinu ploče prema brzini njenog bočnog jetkanja; selektivnost- omjer brzina nagrizanja različitih materijala (na primjer, radnika i maske) pod istim uvjetima.

Jonsko graviranje- proces u kojem se površinski slojevi materijala uklanjaju samo kao rezultat fizičkog prskanja. Prskanje se vrši energetskim ionima gasova, koji ne ulaze u hemijske reakcije sa obrađenim materijalom (najčešće joni inertnih gasova). Ako se obrađeni materijal stavi na elektrode ili držače u kontaktu sa pražnjenom plazmom, onda se jetkanje u takvim uslovima naziva jonska plazma... Ako se materijal stavi u zonu vakuumske obrade, odvojeno od plazma područja, nagrizanje se naziva jetkanjem ionskim snopom.

V plazma-hemijska Jetkanjem se površinski slojevi materijala uklanjaju samo kao rezultat kemijskih reakcija između reaktivnih čestica i atoma urezane tvari. Ako se obrađeni materijal nalazi u području pražnjene plazme, tada se naziva jetkanje plazma. U tom slučaju će se kemijske reakcije jetkanja na površini materijala aktivirati bombardiranjem niskoenergetskih elektrona i jona, kao i fotonskim bombardiranjem. Ako se materijal nalazi u zoni vakuumske obrade, koja se obično naziva reakcijska zona i odvojena od plazma područja, tada se jetkanje izvodi s kemijski aktivnim česticama bez aktivacije bombardiranjem elektrona i jona, au nekim slučajevima čak i u odsustvu izlaganja fotonima. . Takvo graviranje se zove radikalan.

Plazma se koristi u tri glavna procesa: za jetkanje materijala, za nanošenje na površinu materijala tankih filmova (ostalih materijala), za legiranje (implantiranje) drugih čestica u materijal.

Moderna primjena plazma tehnologija. Glavni proces u fotolitografskoj tehnologiji (jetkanje metala, pepeljenje plazmom (pepelovanje), uklanjanje naslaga plazme (uklanjanje rezista))! Takođe se koristi u tehnologijama kreiranja: NEMS, MEMS, mikroelektronika, nanoelektronika, žiroskopi, akcelerometri, polimerno jetkanje, polimerne mikrostrukture, keramičke mikrostrukture, tehnologije dubokog jetkanja (sa visokim odnosom širine i visine: odnos između veličine karakterističnog elementa i dubina urezivanja).

Živeći na Zemlji sačinjenoj od kristalnih stijena, sigurno ne možemo pobjeći od problema kristalnosti: hodamo po kristalima, gradimo od kristala, prerađujemo kristale u tvornicama, uzgajamo ih u laboratorijama, naširoko ih koristimo u tehnologiji i nauci, jedemo kristale, izliječi ih... Proučavanjem raznolikosti kristala bavi se nauka kristalografije. Ona sveobuhvatno ispituje kristalne supstance, ispituje njihova svojstva i strukturu. U davna vremena vjerovalo se da su kristali rijetki. Zaista, prisustvo velikih homogenih kristala u prirodi je rijedak fenomen. Međutim, finokristalne supstance su vrlo česte. Tako, na primjer, gotovo sve stijene: granit, pješčenjak, krečnjak su kristalne. Kako su se istraživačke metode poboljšale, ispostavilo se da su supstance koje su se ranije smatrale amorfnim kristalnim. Sada znamo da su čak i neki dijelovi tijela kristalni, na primjer, rožnica oka, vitamini, melaminska ovojnica živaca su kristali. Na duge staze istraživanja i otkrića, od mjerenja vanjskog oblika kristala u dubinu, do suptilnosti njihove atomske strukture još nisu gotova. Ali sada su istraživači prilično dobro proučili njegovu strukturu i uče da manipulišu svojstvima kristala.

Kristali su lijepi, reklo bi se neko čudo, privlače k ​​sebi; kažu isti "čovek kristalne duše" o tome ko ima čistu dušu. Kristal znači da sija svjetlošću poput dijamanta... A ako govorimo o kristalima sa filozofskim stavom, onda možemo reći da je riječ o materijalu koji je posredna karika između žive i nežive materije. Kristali se mogu roditi, stariti, uništiti. Kristal, kada izraste na sjemenku (na embrion), nasljeđuje nedostatke upravo ovog embriona. Općenito, može se navesti mnogo primjera koji se uklapaju u takvo filozofsko raspoloženje, iako je, naravno, mnogo zla... Na primjer, na televiziji se sada može čuti o direktnoj povezanosti stepena uređenosti molekula vode sa reč, uz muziku, a ta voda se menja u zavisnosti od misli, od zdravstvenog stanja posmatrača. Ne shvatam ovo ozbiljno. Zapravo, o nauci ima dosta nadrilekara i spekulacija. A molitva je posredovana, djeluje kroz Duha Svetoga i nema potrebe za miješanjem naučni pristup i duhovne stvari.

Ali ako govorimo vrlo ozbiljno, sada je možda nemoguće imenovati nijednu disciplinu, niti jednu oblast nauke i tehnologije, koja bi prošla bez kristala. Dok sam radio, doktori su sipali do mene, pokazivali pacijentima kamenje u bubregu: zanimalo ih je u kakvom okruženju dolazi do formiranja kristala. I farmaceuti su dosta posjetili, jer su tablete komprimovani kristali. Asimilacija, otapanje tableta zavisi od toga kojim su stranama obloženi ovi mikrokristali. Vitamini, mijelinska ovojnica nerava, proteini i virusi su kristali. I naše konsultacije su bile veoma zadovoljavajuće, odgovarale su na pitanja koja su se pojavila...

Kristal je čudesan po svojim svojstvima; obavlja razne funkcije. Ova svojstva su inherentna njegovoj strukturi, koja ima rešetkastu trodimenzionalnu strukturu.

Kao primjer upotrebe kristala možete uzeti kristal kvarca, koji se koristi u telefonskim slušalicama. Ako se na kvarcnu ploču mehanički djeluje, tada će u njoj nastati električni naboj u odgovarajućem smjeru. U cijevi mikrofona, kvarc pretvara mehaničke vibracije u zraku uzrokovane zvučnikom u električne vibracije. Električne vibracije u slušalici vašeg pretplatnika se pretvaraju u vibracione i, shodno tome, on čuje govor.

Budući da je rešetkasti, kristal je fasetiran i svaka faseta, kao osoba, je jedinstvena. Ako je lice gusto upakovano u rešetku sa materijalnim česticama (atomima ili molekulama), onda je ovo lice koje raste sporo. Na primjer, dijamant. Njegova lica imaju oblik oktaedra, vrlo su gusto nabijena atomima ugljika, te se zbog toga razlikuju po sjaju i snazi.

Kristalografija nije nova nauka. M.V. Lomonosov stoji na njegovim počecima. Ali uzgoj umjetnih kristala je stvar kasnije. Šubnikova popularna knjiga "Formiranje kristala" objavljena je 1947. godine. Ova naučna praksa je nastala iz mineralogije, nauke o kristalima i amorfnim tijelima. Rast kristala postao je moguć zahvaljujući proučavanju mineraloških podataka o formiranju kristala u prirodnim uslovima. Proučavanjem prirode kristala, utvrđen je sastav iz kojeg su nastali i uslovi za njihov rast. I sada se ti procesi oponašaju, čime se dobijaju kristali sa željenim svojstvima. Hemičari i fizičari su uključeni u dobijanje kristala. Dok prvi razvijaju tehnologiju za rast, drugi određuju njihova svojstva. Mogu li se umjetni kristali razlikovati od prirodnih? Evo pitanja. Pa, na primjer, umjetni dijamant je još uvijek inferiorniji od prirodnog dijamanta po kvaliteti, uključujući i sjaj. Umjetni dijamanti ne izazivaju radost nakita, ali su sasvim prikladni za korištenje u tehnologiji, u tom smislu su ravnopravni s prirodnim. Opet, drski uzgajivači (kako se zovu kemičari koji uzgajaju umjetne kristale) naučili su uzgajati najfinije kristalne igle koje su izuzetno izdržljive. To se postiže manipulisanjem hemijom okoline, temperaturom, pritiskom, dejstvom nekog drugog dodatni uslovi... A ovo je već cijela umjetnost, kreativnost, vještina - točne nauke ovdje neće pomoći, one slabo rade u ovoj oblasti. Pokojni akademik Nikolaj Vasiljevič Belov rekao je da umjetnost uzgoja kristala posjeduje specijalista koji kristalno delikatno opipa.

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja je jednostavno. Koristite obrazac ispod

Dobar posao na stranicu ">

Studenti, postdiplomci, mladi naučnici koji koriste bazu znanja u svom studiranju i radu biće vam veoma zahvalni.

Objavljeno na http://www.allbest.ru/

Istraživanja

KRISTALI I NJIHOVA PRIMJENA

Autor rada: Krivosheev Evgeniy

učenik 7 "B" razreda MBUSOSH №1

G. Zavitinsk, Amur region

Radni menadžer: Konchenko N.S.

nastavnik fizike MBUSOSH №1

G. Zavitinsk, Amur region

Zavitinsk.

2013

• Uvod
• 1. Crystal. Njegova svojstva, struktura i oblik
• 2. Tečni kristali
• 3. LCD aplikacija
• 4. Primjena kristala u nauci i tehnologiji
• 5. Praktični dio
• Zaključak
• Bibliografija
• Uvod
• Relevantnost posla:
• Budući da se kristali široko koriste u nauci i tehnologiji, teško je imenovati granu proizvodnje u kojoj se kristali ne bi koristili. Stoga je poznavanje i razumijevanje svojstava kristala veoma važno za svaku osobu.
• Svrha studije: Uzgoj kristala iz otopine kod kuće, učenje praktična primjena kristali u nauci i tehnologiji.
• Zadaci:
• 1. Proučavanje teorije kristala.
• 2. Proučavanje materijala o uzgoju kristala u normalnim uslovima iu laboratorijskim uslovima.
• 3. Promatranje formiranja kristala.
• 4. Opis zapažanja.
• 5. Proučavanje područja primjene kristala u savremenom životu.

1. Crystal. Njegova svojstva, struktura i oblik

Reč "kristal" dolazi od grčkog " crustallos", odnosno "led". Čvrste tvari, atomi ili molekuli koji formiraju uređenu periodičnu strukturu (kristalnu rešetku).

Formiranje kristala.

Kristali se formiraju na tri načina: iz taline, iz rastvora i iz pare. Primjer kristalizacije iz taline je stvaranje leda iz vode. laboratorija za uzgoj kristalne tekućine

Svijet oko nas često može promatrati stvaranje kristala direktno iz plinovitog medija, iz otopina i iz taline. U tihoj mraznoj noći s vedrim nebom, na jakom svjetlu mjeseca ili fenjera, ponekad vidimo ljuske mraza koje blistaju iskrama. To su lamelarni kristali leda koji nastaju tik do nas od vlažnog i ohlađenog zraka.

Struktura čvrste materije zavisi od uslova pod kojima dolazi do prelaska iz tečnog u čvrsto stanje. Ako se takav prijelaz dogodi vrlo brzo, na primjer, uz oštro hlađenje tekućine, tada čestice nemaju vremena da se postroje u pravilnu strukturu i formira se fino kristalno tijelo. Kada se tečnost polako hladi, dobijaju se veliki i pravilni kristali. U nekim slučajevima, da bi se supstanca kristalizirala, mora se održavati različite temperature... Također, vanjski pritisak utiče na rast kristala. Osim toga, značajan dio kristala, koji su u dalekoj prošlosti imali savršeno fasetiranje, uspio ga je izgubiti pod utjecajem vode, vjetra, trenja o druge čvrste tvari. Na primjer, mnoga zaobljena prozirna zrna koja se mogu naći u obalskom pijesku su kristali kvarca koji su izgubili lice kao rezultat dugotrajnog trenja jedno o drugo.

Kristalna struktura

Raznolikost kristala u obliku je veoma velika.

Kristali mogu imati od četiri do nekoliko stotina faseta. Ali u isto vrijeme imaju izvanredno svojstvo - bez obzira na veličinu, oblik i broj strana istog kristala, sva ravna lica se međusobno sijeku pod određenim uglovima. Uglovi između odgovarajućih lica su uvijek isti. Na oblik utiču faktori kao što su temperatura, pritisak, frekvencija, koncentracija i smer kretanja rastvora. Stoga kristali iste supstance mogu pokazati široku paletu oblika.

Kristali kamene soli, na primjer, mogu biti u obliku kocke, paralelepipeda, prizme ili tijela od više složenog oblika, ali njihova lica se uvijek sijeku pod pravim uglom. Lica kvarca su u obliku nepravilnih šesterokuta, ali su uglovi između lica uvijek isti - 120°.

Zakon konstantnosti uglova, koji je 1669. otkrio Danac Nikolaj Steno, je najvažniji zakon nauka o kristalu - kristalografija.

Mjerenje uglova između kristalnih ploha je od vrlo velike praktične važnosti, jer rezultati ovih mjerenja u mnogim slučajevima mogu pouzdano utvrditi prirodu minerala.

Najjednostavniji instrument za mjerenje kristalnih uglova je primijenjeni goniometar.

Tipovi kristala

Osim toga, pravi se razlika između monokristala i polikristala.

Monokristal je monolit sa jednom neporemećenom kristalnom rešetkom. Veliki prirodni monokristali su vrlo rijetki.

Monokristali su kvarc, dijamant, rubin i mnogo drugog dragog kamenja.

Većina kristalnih tijela je polikristalna, odnosno sastoje se od mnogo malih kristala, ponekad vidljivih samo pri velikom povećanju.

Svi metali su polikristali.

2. Tečni kristali

Tečni kristal - to posebno stanje tvari koje su između tečnog i čvrstog stanja. U tekućini, molekuli se mogu slobodno rotirati i kretati u bilo kojem smjeru. U tečnom kristalu postoji određeni stepen geometrijskog reda u rasporedu molekula, ali je takođe dozvoljena određena sloboda kretanja.

Konzistencija tekućih kristala može biti različita - od tekuće tekućine do paste. Tečni kristali imaju neobična optička svojstva koja se koriste u tehnologiji.Tečni kristali nastaju od molekula različitih geometrijski oblik... kao što su boja, prozirnost itd. Na svemu tome se zasnivaju brojne primjene tečnih kristala.

3. Primjena LCD-a

Raspored molekula u tečnim kristalima menja se pod uticajem faktora kao što su temperatura, pritisak, električni i magnetna polja; promjene u rasporedu molekula dovode do promjene optičkih svojstava, kao što su boja, transparentnost i sposobnost rotacije ravni polarizacije propuštene svjetlosti. Na svemu tome se zasnivaju brojne primjene tečnih kristala. Na primjer, boja u odnosu na temperaturu koristi se za medicinsku dijagnostiku. Primjenom nekih tekućih kristalnih materijala na tijelo pacijenta, liječnik može lako identificirati oboljela tkiva po promjeni boje u područjima gdje ta tkiva stvaraju povećanu količinu topline. Temperaturna ovisnost boje također vam omogućava kontrolu kvalitete proizvoda bez njihovog uništavanja. Ako metalni proizvod zagrejte ga unutrašnji kvarće promijeniti raspodjelu temperature na površini. Ovi nedostaci se otkrivaju promjenom boje tekućeg kristalnog materijala nanesenog na površinu.

Tanki filmovi tečnih kristala zatvoreni između staklenih ili plastičnih listova našli su široku primenu kao indikatorski uređaji. Tečni kristali se široko koriste u proizvodnji ručni sat i mali kalkulatori. Stvaraju se televizori sa ravnim ekranom sa tankim ekranom od tečnih kristala.

4. Primjena kristala u nauci i tehnologiji

Danas se kristali široko koriste u nauci, tehnologiji i medicini.

Dijamantske testere se koriste za rezanje kamena. Dijamantska pila je veliki (do 2 metra u promjeru) rotirajući čelični disk sa rezovima ili urezima na rubovima. U ove rezove utrljava se fini dijamantski prah pomiješan sa nekom vrstom ljepila. Takav disk, koji se okreće velikom brzinom, brzo reže bilo koji kamen.

Dijamant je od velike važnosti pri bušenju stijena, u rudarskim operacijama. U alate za graviranje, strojeve za dijeljenje, mjerač tvrdoće, burgije za kamen i metal, umeću se dijamantski vrhovi. Dijamantni prah brusi i polira tvrdo kamenje, kaljeni čelik, tvrde i super-tvrde legure. Sam dijamant se može rezati, polirati i gravirati samo sa samim dijamantom. Najkritičniji dijelovi motora u automobilskoj i zrakoplovnoj industriji obrađuju se dijamantskim rezačima i bušilicama.

Korund se može bušiti, brusiti, polirati, oštriti kamen i metal. Prave se od korunda i šmirgla brusne ploče i šipke, prašci i paste za mlevenje. U fabrikama poluprovodnika najfinija kola se crtaju rubin iglama.

Granat se također koristi u abrazivnoj industriji. Od nara se prave prašci za mlevenje, brusilice, kore. Ponekad zamjenjuju rubin u izradi instrumenata.

Od prozirnog kvarca izrađuju se sočiva, prizme i drugi dijelovi optičkih uređaja. Vještačko "planinsko sunce" je uređaj koji se široko koristi u medicini. Kada se uključi, ova jedinica emituje ultraljubičasto svjetlo, ovi zraci su ljekoviti. U ovoj jedinici, lampa je napravljena od kvarcnog stakla. kvarcna lampa koristi se ne samo u medicini, već iu organskoj hemiji, mineralogiji, pomaže u razlikovanju lažnih markica, novčanice od pravih. Čisti kristali gorskog kristala bez defekata koriste se u proizvodnji prizmi, spektrografa, polarizacijskih ploča.

Fluorit se koristi za proizvodnju sočiva za teleskope i mikroskope, za proizvodnju prizmi za spektrografe i u drugim optičkim instrumentima.

5. Praktični dio

Uzgoj kristala bakar sulfat.

Bakar sulfat je pentahidrat bakar sulfat, jer veliki kristali podsećaju na obojeno plavo staklo. Bakar sulfat se koristi u poljoprivreda za suzbijanje štetočina i bolesti biljaka, u industriji tokom proizvodnje umjetna vlakna, organske boje, mineralne boje, arsenove hemikalije.

Način uzgoja kod kuće:

1) Prvo, pripremimo otopinu koncentriranog vitriola. Nakon toga, lagano zagrijte smjesu da se postigne potpuno otapanje soli. Da biste to učinili, stavite čašu u lonac sa toplom vodom.

2) Dobijeni koncentrovani rastvor se sipa u teglu ili čašu; tamo ćemo okačiti i kristalno "sjeme" na konac - mali kristal iste soli - tako da bude uronjeno u otopinu. Na ovom "sjemenu" izrasti će budući eksponat vaše kristalne kolekcije.

3) Stavite posudu sa rastvorom otvorena forma na toplo mesto. Kada kristal dovoljno naraste, izvadite ga iz rastvora, osušite mekom krpom ili papirnom salvetom, prerežite konac i prekrijte ivice kristala bezbojnim lakom kako biste ga zaštitili od "trošenja" na vazduhu.

Posmatranje procesa rasta kristala bakar sulfata.

Za početak smo sipali otopinu bakrenog sulfata u čašu, vezali sjeme za konac. I spustili su kristal u čašu. Već sljedećeg dana dobili smo prilično veliki polikristal, dužine oko 2 centimetra. Sam kristal je bio veoma neravan, sa malim stubovima. Dalja kristalizacija se nije nastavila, koliko god čekali.

Ali nismo stali na tome i napravili smo još dva kristala bakar sulfata. Uzeli smo samo sjeme iz stupca neproizvedenog kristala. U jednom rastvoru temperatura se stalno menjala, dok je u drugom staklu ostala nepromenjena. Nekoliko dana kasnije, dobili smo dva potpuna monokristala bakar sulfata. Ispali su sa glatkim ivicama, apsolutno simetričnim. Tako sam shvatio da kako bi se napravio ravnomjeran kristal, sjeme također mora biti ravnomjerno i simetrično.

Posmatranje procesa rasta kristala u rastvorima soli pod mikroskopom.

Vrlo je zanimljivo ispitati kristale pod mikroskopom, jer što je kristal „mlađi“, to je pravilniji. Proučavanje kristala pod mikroskopom ne zahtijeva mnogo vremena i resursa: za pripremu otopine potrebno vam je samo nekoliko grama soli, a za uzgoj kristala nije potrebno mnogo vremena.

Nekoliko kapi zasićene otopine različitih soli naneseno je na stakalce mikroskopa. Staklo je lagano zagrijano plamenom alkoholne lampe i postavljeno na scenu mikroskopa. Pomicanjem stakala i podešavanjem uvećanja postignuta je pozicija tako da je kap zauzimala cijelo vidno polje mikroskopa. Nakon kratkog vremenskog perioda (oko 1 min), počela je kristalizacija na ivici kapi, gde se ona brže suši. Formirani mali kristali formirali su neprekidnu neprozirnu koru na rubovima kapljice, koja izgleda tamna na propuštenoj svjetlosti. Postupno su iz ove mase kristala počeli izlaziti zasebni vrhovi pojedinačnih kristala, usmjereni prema unutra i, šireći se, formirati različite oblike. Najčešće, novi centri kristalizacije u slobodnom prostoru unutar kapljice, po pravilu, nisu nastajali spontano. Nakon nekog vremena, cijelo vidno polje je bilo ispunjeno kristalima, a kristalizacija je praktički završena.

Zaključak

Dakle, kristali su jedna od najljepših i najmisterioznijih kreacija prirode. Živimo u svijetu koji se sastoji od kristala, gradimo od njih, prerađujemo ih, jedemo ih, liječimo... Nauka o kristalografiji bavi se proučavanjem raznolikosti kristala. Ona sveobuhvatno ispituje kristalne supstance, ispituje njihova svojstva i strukturu. U davna vremena vjerovalo se da su kristali rijetki. Zaista, prisustvo velikih homogenih kristala u prirodi je rijedak fenomen. Međutim, finokristalne supstance su vrlo česte. Tako, na primjer, gotovo sve stijene: granit, pješčenjak, krečnjak su kristalne. Čak su i neki dijelovi tijela kristalni, na primjer, rožnica oka, vitamini, ovojnica nerava. Dug put traganja i otkrića, od mjerenja vanjskog oblika kristala prema unutra, do suptilnosti njihove atomske strukture, još nije završen. Ali sada su istraživači prilično dobro proučili njegovu strukturu i uče da manipulišu svojstvima kristala.

Kao rezultat obavljenog posla mogu izvući sljedeće zaključke:

1. Kristal je čvrsto stanje materije. On ima određeni oblik i određeni broj lica.

2. Kristali su različite boje, ali uglavnom transparentan.

3. Kristali uopće nisu muzejska rijetkost. Kristali nas svuda okružuju. Čvrste materije od kojih gradimo kuće i pravimo mašine, materije koje koristimo u svakodnevnom životu - gotovo sve pripadaju kristalima. Pijesak i granit sol i šećer, dijamant i smaragd, bakar i gvožđe - sve su to kristalna tela.

4. Najvredniji kristali su dragulji.

5. Uzgajao sam kristal kod kuće iz zasićene otopine bakrenog sulfata.

Time su ciljevi i zadaci koje sam zacrtao na početku svog rada ostvareni. Kao rezultat obavljenog posla, empirijski sam pronašao dokaze za pretpostavku koju je izrazio engleski kristalograf Frank o stepenastom rastu kristala.

Rad je bio veoma zanimljiv i zabavan. Voleo bih i da uzgajam kristale iz drugih supstanci, jer ih ima toliko oko nas...

Objavljeno na Allbest.ru

...

Slični dokumenti

Čvrsti kristali: struktura, rast, svojstva. "Prisutnost reda" u prostornoj orijentaciji molekula kao svojstvo tečnih kristala. Linearno polarizovano svetlo. Nematski, smektički i holesterični kristali. Opšti koncept o feroelektricima.

seminarski rad, dodan 17.11.2012


Primjeri upotrebe monokristala. Sedam kristalnih sistema: triklinski, monoklinski, rombični, tetragonalni, romboedarski, heksagonalni i kubni. Jednostavni oblici kristali. Dobivanje prezasićene otopine i uzgoj kristala.

prezentacija dodata 04.09.2012


Povijest otkrića tekućih kristala, karakteristike njihove molekularne strukture, struktura. Klasifikacija i sorte tečnih kristala, njihova svojstva, procjena prednosti i nedostataka praktična upotreba... Metode upravljanja tekućim kristalima.

seminarski rad, dodan 08.05.2012


opšte karakteristike površinske pojave u tečnim kristalima. Razmatranje karakteristične karakteristike smektički tečni kristali, različiti stupnjevi njihovog uređenja. Proučavanje anizotropije fizičkih svojstava mezofaze, stepena uređenosti.

sažetak, dodan 10.10.2015


Tečno kristalno (mezomorfno) stanje materije. Formiranje nove faze. Vrste tečnih kristala: smekatični, nematični i holesterični. Termotropni i liotropni tečni kristali. Radovi D. Forlendera koji su doprinijeli sintezi jedinjenja.

prezentacija dodata 27.12.2010


Istorija otkrića tečnih kristala. Njihova klasifikacija, molekularna struktura i struktura. Termotropni tečni kristali: smektički, nematski i holesterični tip. Liotropni LCD. Anizotropija fizičkih svojstava. Kako upravljati tečnim kristalima.

sažetak dodan 27.05.2010


Pojam strukture supstance i glavni faktori koji utiču na njeno formiranje. Glavne karakteristike amorfnih i kristalnih supstanci, vrste kristalnih rešetki. Utjecaj vrste veze na strukturu i svojstva kristala. Suština izomorfizma i polimorfizma.

test, dodano 26.10.2010


Fizički i fizičko-hemijske karakteristike feriti. Normalna i obrnuta struktura spinela. Pregled metode sinterovanja i vrućeg presovanja. Magnetni kristali sa heksagonalnom strukturom. Upotreba ferita u elektronici i kompjuterskoj tehnici.

seminarski rad, dodan 12.12.2016


Epitaksija je usmjereni rast jednog kristala na površini drugog (supstrata). Proučavanje oblika kristala NaCl nastalih sublimacijom iz vodene otopine; strukturna korespondencija epitaksijalnih parova duž međusobno rastućih lica i pojedinačnih redova.

seminarski rad, dodan 04.04.2011


Proučavanje pojma, vrsta i metoda formiranja kristala - čvrstih tijela, u kojima su atomi raspoređeni pravilno, formirajući trodimenzionalno periodično prostorno pakovanje - kristalnu rešetku. Formiranje kristala iz taline, rastvora, pare.

Primjena kristala u nauci i tehnologiji

Primjena kristala u nauci i tehnologiji je toliko brojna i raznolika da ih je teško nabrojati. Stoga ćemo se ograničiti na nekoliko primjera.

Najtvrđi i najrjeđi prirodni mineral je dijamant. Danas je dijamant prvenstveno kameni radnik, a ne kameni ukras.

Zbog svoje izuzetne tvrdoće, dijamant igra veliku ulogu u tehnologiji. Dijamantske testere se koriste za rezanje kamena. Dijamantska pila je veliki (do 2 metra u promjeru) rotirajući čelični disk sa rezovima ili urezima na rubovima. U ove rezove utrljava se fini dijamantski prah pomiješan sa nekom vrstom ljepila. Takav disk, koji se okreće velikom brzinom, brzo reže bilo koji kamen.

Dijamant je od kolosalne važnosti za bušenje stijena, u rudarskim operacijama.

U alate za graviranje, strojeve za dijeljenje, mjerač tvrdoće, burgije za kamen i metal, umeću se dijamantski vrhovi.

Dijamantni prah brusi i polira tvrdo kamenje, kaljeni čelik, tvrde i supertvrde legure. Sam dijamant se može rezati, polirati i gravirati samo dijamantom. Najkritičniji dijelovi motora u automobilskoj i zrakoplovnoj industriji obrađuju se dijamantskim rezačima i bušilicama.

Rubin i safir su među najlepšim i najskupljim dragim kamenjem. Sve ovo kamenje ima i druge kvalitete, skromnije, ali korisne. Krvavocrveni rubin i azurno-plavi safir su braća, uglavnom su isti mineral - korund, aluminijum oksid A12O3. Razlika u boji nastaje zbog vrlo malih nečistoća u aluminijskom oksidu: zanemariv dodatak hroma pretvara bezbojni korund u krvavocrveni rubin, titanov oksid u safir. Ima korunda i drugih boja. Imaju i skromnog, neopisivog brata sa svime: smeđim, neprozirnim, sitnim korundom - šmirglom, kojim se čisti metal, od kojeg se pravi brus. Korund, sa svim svojim varijantama, jedan je od najtvrđih kamena na Zemlji, najtvrđi nakon dijamanta. Koorend se može bušiti, brusiti, polirati, brusiti kamen i metal. Brusilice i šipke, prašci za mljevenje izrađuju se od korunda i šmirgla.

Cijela industrija satova koristi umjetne rubine. U fabrikama poluprovodnika najfinija kola se crtaju rubin iglama. U tekstilnoj i hemijskoj industriji, rubin vodiči za pređu izvlače niti od umjetnih vlakana, od najlona, ​​od najlona.

Novi život rubina je laser ili, kako ga u nauci nazivaju, optički kvantni generator (LQG), divan uređaj naših dana. Godine 1960. stvoren je prvi rubin laser. Ispostavilo se da kristal rubina pojačava svjetlost. Laser sija jače od hiljadu sunaca.

Snažan laserski snop sa ogromnom snagom. Lako izgara kroz lim, zavari metalne žice, progori metalne cijevi, buši najfinije rupe u tvrdim legurama i dijamantima. Ove funkcije izvodi čvrsti laser, koji koristi rubin, granatu s neoditom. U hirurgiji oka najčešće se koriste neuniformisani laseri i rubin laseri. Laseri za injektiranje galij-arsenida se često koriste u zemaljskim sistemima kratkog dometa.

Pojavili su se i novi laserski kristali: fluorit, granati, galijum arsenid itd.

Safir je providan, pa se od njega prave ploče za optičke instrumente.

Najveći dio safirnih kristala ide u industriju poluvodiča.

Kremen, ametist, jaspis, opal, kalcedon su sve vrste kvarca. Mala zrna kvarca formiraju pijesak. A najljepša, najdivnija vrsta kvarca je gorski kristal, tj. prozirni kristali kvarca. Stoga se sočiva, prizme i drugi dijelovi optičkih uređaja izrađuju od prozirnog kvarca.

Električna svojstva kvarca su posebno iznenađujuća. Ako komprimirate ili rastegnete kvarcni kristal, na njegovim stranama nastaju električni naboji. Ovo je piezoelektrični efekat u kristalima.

Danas se kao piezoelektrika koristi ne samo kvarc, već i mnoge druge, uglavnom umjetno sintetizirane tvari: plava sol, barij titanat, kalijum i amonijum dihidrogen fosfati (KDR i ADR) i mnoge druge.

Piezoelektrični kristali se široko koriste za reprodukciju, snimanje i prijenos zvuka.

Postoje i piezoelektrične metode za merenje krvnog pritiska u ljudskim krvnim sudovima i pritiska sokova u stabljikama i stablima biljaka.Pijezoelektrične ploče mere npr. pritisak u cevi artiljerijske puške kada se ispali, pritisak u trenutku eksplozije bombe, trenutni pritisak u cilindrima motora tokom eksplozije u njima.vrući gasovi.

Elektrooptička industrija je industrija kristala koji nemaju centar simetrije. Ova industrija je veoma velika i raznolika; stotine vrsta kristala se uzgajaju i obrađuju u njenim fabrikama za upotrebu u optici, akustici, radio elektronici i laserskoj tehnologiji.

Polikristalni materijal polaroid je također pronašao svoju primjenu u tehnologiji.

Polaroid je tanak prozirni film, potpuno ispunjen sićušnim prozirnim igličastim kristalima supstance koja dvostruko reflektuje i polarizuje svjetlost. Svi kristali su međusobno paralelni, tako da svi podjednako polariziraju svjetlost koja prolazi kroz film.

Polaroid folije se koriste u polaroid naočalama. Polaroidi prigušuju odsjaj reflektovane svjetlosti, propuštajući svu preostalu svjetlost. Nezamjenjivi su za polarne istraživače koji stalno moraju gledati u blistavu refleksiju sunčevih zraka sa ledenog snježnog polja.

Polaroid naočare će pomoći u sprečavanju sudara nadolazećih automobila, koji se vrlo često dešavaju zbog činjenice da svjetla nadolazećeg automobila zaslijepe vozača, a on ne vidi ovaj automobil. Ako su šoferšajbni automobila i prozori automobilskih lanterna napravljeni od polaroida, a oba polja-roida su rotirana tako da su im optičke ose pomaknute, tada vjetrobran neće propuštati svjetlost iz lampiona nadolazećeg vozila, "ugasi ga".

Kristali su igrali važnu ulogu u mnogim tehničkim inovacijama 20. stoljeća. Neki kristali stvaraju električni naboj kada se deformišu. Njihova prva značajna primjena bila je proizvodnja RF generatora sa stabilizacijom kristala kvarca. Navođenjem kvarcne ploče da vibrira u električnom polju radio-frekventnog oscilirajućeg kola, moguće je stabilizirati prijemnu ili odašiljačku frekvenciju.
Poluprovodnički uređaji koji su revolucionirali elektroniku napravljeni su od kristalnih supstanci, uglavnom silicija i germanija. U ovom slučaju važnu ulogu imaju dopanti, koji se uvode u kristalnu rešetku. Poluprovodničke diode se koriste u računarima i komunikacionim sistemima, tranzistori su zamijenili vakuumske cijevi u radiotehnici, a solarne ćelije postavljene na vanjskoj površini svemirskih letjelica pretvaraju sunčevu energiju u električnu energiju. Poluprovodnici se takođe široko koriste u AC/DC pretvaračima.
Kristali se također koriste u nekim maserima za pojačavanje mikrovalnih valova i u laserima za pojačavanje svjetlosnih valova. Kristali sa piezoelektričnim svojstvima koriste se u radio uređajima i radio predajnicima, u glavama za prijemnike i u sonarima. Neki kristali moduliraju svjetlosne snopove, dok drugi stvaraju svjetlost kada se primijeni napon. Lista upotrebe kristala je duga i raste.

Povratak