Les cristaux sont des corps solides avec une forme géométrique régulière. La structure dans laquelle se trouvent les particules ordonnées est appelée réseau cristallin. Les points de localisation des particules dans lesquelles elles oscillent sont appelés les nœuds du réseau cristallin. Tous ces corps sont divisés en monocristaux et polycristaux.
Que sont les monocristaux
Les monocristaux sont des monocristaux dans lesquels le réseau cristallin a un ordre clair. Souvent, un monocristal a une forme régulière, mais cette caractéristique n'est pas obligatoire lors de la détermination du type de cristal. La plupart des minéraux sont des monocristaux.
La forme externe dépend du taux de croissance de la substance. Avec une augmentation lente et l'homogénéité du matériau, les cristaux ont la coupe correcte. A vitesse moyenne, la coupure n'est pas prononcée. À un taux de cristallisation élevé, des polycristaux constitués de nombreux monocristaux se développent.
Des exemples classiques de monocristaux sont le diamant, le quartz,topaze. En électronique, les monocristaux, qui ont les propriétés des semi-conducteurs et des diélectriques, revêtent une importance particulière. Les alliages de monocristaux se caractérisent par une dureté accrue. Les monocristaux ultra-purs ont les mêmes propriétés quelle que soit leur origine. La composition chimique des minéraux dépend du taux de croissance. Plus le cristal grandit lentement, plus sa composition est parfaite.
Polycristaux
Les monocristaux et les polycristaux se caractérisent par une interaction moléculaire élevée. Un polycristal se compose de nombreux monocristaux et a une forme irrégulière. Ils sont parfois appelés cristallites. Ils apparaissent à la suite d'une croissance naturelle ou sont cultivés artificiellement. Les polycristaux peuvent être des alliages, des métaux, des céramiques. Les principales caractéristiques sont constituées par les propriétés des monocristaux, mais la taille des grains, la distance entre eux et les joints de grains sont d'une grande importance. En présence de frontières, les caractéristiques physiques des polycristaux changent de manière significative, la résistance diminue.
Les polycristaux sont générés à la suite de la cristallisation, des changements dans les poudres cristallines. Ces minéraux sont moins stables que les monocristaux, ce qui entraîne une croissance inégale des grains individuels.
Polymorphisme
Les monocristaux sont des substances qui peuvent exister dans deux états à la fois, qui diffèrent par leurs propriétés physiques. Cette fonctionnalité est appelée polymorphisme.
En même temps, une substance dans un état peut être plus stable qu'une autre. Lorsque les conditions environnementales changent, la situation peutchanger.
Le polymorphisme est des types suivants:
- Reconstruction - la désintégration se produit dans les atomes et les molécules.
- Deformation - la structure est modifiée. Une compression ou un étirement se produit.
- Shift - certains éléments de la structure changent d'emplacement.
Les propriétés du cristal peuvent changer avec un changement soudain de composition. L'exemple classique de polymorphisme est la modification du carbone. Dans un état c'est du diamant, dans un autre c'est du graphite, des substances aux propriétés différentes.
Certaines formes de glucides se transforment en graphite lorsqu'elles sont chauffées. Des changements de propriétés peuvent se produire sans déformation du réseau cristallin. Dans le cas du fer, la substitution de certains composants entraîne la disparition des propriétés magnétiques.
Force du cristal
Tout matériau utilisé dans la technologie moderne a une résistance finale. Un alliage de nickel, de chrome et de fer a la plus grande résistance. L'augmentation de la résistance des métaux améliorera les équipements militaires et civils. Une résistance à l'usure accrue se traduira par une durée de vie plus longue. Pour cette raison, les scientifiques étudient depuis longtemps la résistance des monocristaux.
Les monocristaux purs sont des cristaux avec un réseau cristallin idéal, contiennent un petit nombre de défauts. Avec une diminution du nombre de défauts, la résistance des métaux augmente plusieurs fois. Dans le même temps, la densité du métal reste presque la même.
Les monocristaux avec un réseau idéal résistent aux contraintes mécaniques jusqu'au point de fusion. Ne changez pas avectemps. Le plus souvent, ces monocristaux ont une dislocation nulle. Mais c'est une condition facultative. La force s'explique par le fait que les microfissures se forment aux endroits où il y a le plus grand nombre de dislocations. Et en leur absence, il n'y a nulle part où des fissures apparaissent. Cela signifie que le monocristal durera jusqu'à ce que le seuil de sa force soit dépassé.
Monocristaux artificiels
La culture de monocristaux est possible au niveau scientifique actuel. Lors du traitement du métal, sans modifier sa composition, vous pouvez créer un monocristal avec une marge de sécurité élevée.
Il existe 2 méthodes connues pour la production de monocristaux:
- super haute pression et coulée de métal;
- pression cryogénique.
La première méthode est populaire pour le traitement des métaux légers. Compte tenu de la pureté du métal et de la pression croissante, un nouveau métal apparaîtra progressivement qui a les mêmes propriétés, mais avec une résistance accrue. Sous certaines conditions, il est possible d'obtenir un monocristal avec un réseau idéal. En présence d'impuretés, il est possible que le réseau cristallin ne soit pas idéal.
Dans les métaux lourds, avec une pression croissante, le processus de modification de la structure se produit. Le monocristal n'est pas encore sorti, mais la substance a changé de propriétés.
La coulée cryogénique est basée sur la production de liquides cryogéniques. La cristallisation ne se produit pas sous l'influence d'un champ magnétique. La forme semi-cristalline devient un cristal après avoir été chargée électriquement.
Diamantet quartz
Les propriétés du diamant sont basées sur le fait qu'il s'agit d'une substance avec un réseau cristallin atomique. La liaison entre les atomes détermine la force d'un diamant. Dans des conditions constantes, le diamant ne change pas. Lorsqu'il est exposé au vide, il se transforme progressivement en graphite.
La taille des cristaux varie considérablement. Les diamants synthétiques ont des faces cubiques et ont un aspect différent de leurs homologues. Les propriétés du diamant sont utilisées pour couper le verre.
Les cristaux de quartz se trouvent partout. Le minéral est l'un des plus courants. Le quartz est généralement incolore. S'il y a beaucoup de fissures à l'intérieur de la pierre, alors elle est blanche. Lorsque d'autres impuretés sont ajoutées, il change de couleur.
Les cristaux de quartz sont utilisés dans la fabrication du verre, pour créer des ultrasons, dans les équipements électriques, de radio et de télévision. Certaines variétés sont utilisées dans les bijoux.
Structure des monocristaux
Les métaux à l'état solide ont une structure cristalline. La structure des monocristaux est une série infinie d'atomes alternés. En réalité, l'ordre des atomes peut être perturbé en raison d'effets thermiques, mécaniques ou pour un certain nombre d'autres raisons.
Les réseaux cristallins se trouvent en 3 types:
- type tungstène;
- type cuivre;
- type magnésium.
Demande
Les monocristaux artificiels sont une opportunité d'obtenir des matériaux aux propriétés nouvelles. Le domaine d'application des monocristaux est très vaste. Le quartz et le spath ont été créés par la nature, tandis que le fluorure de sodium a été cultivé artificiellement.
Les monocristaux sontmatériaux utilisés en optique et en électronique. Le quartz et le mica sont utilisés en optique mais sont chers. Dans des conditions artificielles, vous pouvez faire pousser un monocristal, qui se distinguera par sa pureté et sa force.
Le diamant est utilisé lorsqu'une résistance élevée est requise. Mais il est synthétisé avec succès dans des conditions artificielles. Les monocristaux tridimensionnels sont issus de la fonte.
