Монокристалл — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Монокристалл — отдельный кристалл, имеющий непрерывную кристаллическую решётку (в противоположность поликристаллу — телу из сросшихся кристаллов). Для монокристаллов характерна анизотропия физических свойств. Внешняя форма монокристалла обусловлена его атомно-кристаллической решёткой и условиями (в основном скоростью и однородностью) кристаллизации. Медленно выращенный монокристалл почти всегда приобретает хорошо выраженную естественную огранку, в неравновесных условиях (средняя скорость роста) кристаллизации огранка проявляется слабо. При ещё большей скорости кристаллизации вместо монокристалла образуются однородные поликристаллы и поликристаллические агрегаты, состоящие из множества различно ориентированных мелких монокристаллов. Примерами огранённых природных монокристаллов могут служить монокристаллы кварца, каменной соли, исландского шпата, алмаза, топаза. Большое промышленное значение имеют монокристаллы полупроводниковых и диэлектрических материалов, выращиваемые в специальных условиях. В частности, монокристаллы кремния и искусственных сплавов элементов III (третьей) группы с элементами V (пятой) группы таблицы Менделеева (например, GaAs — арсенид галлия) являются основой современной твердотельной электроники.
Монокристаллы металлов и их сплавов могут обладать повышенными прочностными свойствами и применяются в авиадвигателестроении. Монокристаллы сверхчистых веществ обладают одинаковыми свойствами независимо от способа их получения.
Кристаллизация происходит вблизи температуры плавления (конденсации) из газообразного (например иней и снежинки), жидкого (наиболее часто) и твёрдого аморфного состояний с выделением тепла.
Кристаллизация из газа или жидкости обладает мощным очищающим механизмом: химический состав медленно выращенных монокристаллов практически идеален. Почти все загрязнения остаются (накапливаются) в жидкости или газе. Это происходит потому, что при росте кристаллической решётки происходит самопроизвольный подбор нужных атомов (молекул в случае молекулярных кристаллов) не только по их химическим свойствам (валентности), но и по размеру.
Современной технике уже не хватает небогатого набора свойств естественных кристаллов (особенно для создания полупроводниковых лазеров), и учёные придумали метод создания кристаллоподобных веществ с промежуточными свойствами путём выращивания чередующихся сверхтонких (единицы — десятки нанометров) слоёв кристаллов с похожими параметрами кристаллических решёток[источник не указан 849 дней].
Поликристалл — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Поликристалл — агрегат кристаллов какого-либо вещества (в противоположность монокристаллу — отдельному кристаллу). Составляющие поликристалл кристаллы из-за неправильной формы называют кристаллическими зёрнами или кристаллитами. Поликристаллами являются многие естественные и искусственные материалы (минералы, металлы, сплавы, керамики и др.).
Свойства поликристаллов обусловлены свойствами составляющих его кристаллических зёрен, их средним размером (который колеблется от 1—2 мкм до нескольких мм, а в некоторых случаях до нескольких метров), кристаллографической ориентацией зёрен и строением межзёренных границ. Если зёрна ориентированы хаотически, а их размеры малы по сравнению с размером поликристалла, то в поликристалле не проявляется анизотропия физических свойств, характерная для монокристаллов. Если в поликристалле есть преимущественная кристаллографическая ориентация зёрен, то поликристалл является текстурированным и обладает анизотропией свойств. Наличие границ зёрен существенно сказывается на физических, особенно механических, свойствах поликристаллов, так как на границах происходит рассеяние электронов проводимости, фононов, торможение дислокаций и др.
Поликристаллы образуются при кристаллизации, полиморфных превращениях и в результате спекания кристаллических порошков. Поликристалл менее стабилен, чем монокристалл, поэтому при длительном отжиге поликристалла происходит рекристаллизация (преимущественный рост отдельных зёрен за счёт других), приводящая к образованию крупных кристаллических блоков.
В чем различия между монокристаллами,поликристаллами и аморфными веществами?
Монокристалл — отдельный однородный кристалл, имеющий непрерывную кристаллическую решётку и характеризующийся анизотропией свойств. Поликристаллы состоят из огромного числа мелких монокристаллов (кристаллических зёрен) . Аморфные вещества не имеют кристаллической структуры и в отличие от кристаллов не расщепляются с образованием кристаллических граней, как правило — изотропны, то есть не обнаруживают различных свойств в разных направлениях, не имеют определённой точки плавления.
МОНОКРИСТАЛЛ — это отдельный кристалл с непрерывной кристаллической решеткой. ПОЛИКРИСТАЛЛЫ — это агрегаты хаотически ориентированных мелких кристаллов разного размера и неправильной формы, которые называются кристаллитами или кристаллическими зернами. Зерна в поликристаллах могут быть ориентированы хаотически или иметь ту или иную преимущественную кристаллографическую ориентацию. Такой поликристалл называют тектурированным. АМОРФНОЕ ВЕЩЕСТВО — это вещество, находящееся в твердом конденсированном состоянии, характеризующемся неупорядоченным расположением атомов и молекул. В аморфных веществах, в отличие от кристаллических, отсутствует дальний порядок в расположении частиц вещества, но присутствует ближний порядок, соблюдаемый на расстояниях, соизмеримых с размерами частиц. Поэтому аморфные вещества не образуют правильной геометрической структуры, представляя собой структуры неупорядоченно расположенных молекул. Для аморфного состояния вещества характерно наличие температурного интервала, в котором аморфное вещество при повышении температуры переходит в жидкое состояние. Этот процесс происходит постепенно: при нагревании аморфные вещества в отличие от кристаллических, сначала размягчаются, затем начинают растекаться и, наконец, становятся жидкими, т. е. аморфные вещества плавятся в широком интервале температур. Выделяют ещё СТЕКЛООБРАЗНОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА — твердое аморфное состояние вещества, возникающее при застывании его переохлажденного расплава.
это… Понятие, свойства и примеры монокристаллов
Кристаллы — твердые тела, имеющие правильную геометрическую форму. Структура, внутри которой расположены упорядоченные частицы, называется кристаллической решеткой. Точки расположения частиц, в которых они совершают колебания, называются узлами кристаллической решетки. Все эти тела разделяют на монокристаллы и поликристаллы.
Что такое монокристаллы
Монокристаллы — это одиночные кристаллы, у которых кристаллическая решетка имеет четкий порядок. Часто монокристалл имеют правильную форму, но этот признак не является обязательным при определении типа кристалла. Большинство минералов являются монокристаллами.
Внешняя форма зависит от скорости роста вещества. При медленном увеличении и однородности материала, кристаллы имеют правильную огранку. При средней скорости огранка неярко выражена. При высокой скорости кристаллизации вырастают поликристаллы, состоящие из множества монокристаллов.
Классическими примерами монокристаллов являются алмаз, кварц, топаз. В электронике особое значение имеют монокристаллы, обладающие свойствами полупроводников и диэлектриков. Сплавы монокристаллов отличаются повышенной твердостью. Сверхчистые монокристаллы имеют одинаковые свойства независимо от происхождения. Химический состав минералов зависит от скорости выращивания. Чем медленнее растет кристалл, тем совершеннее его состав.
Поликристаллы
Монокристаллы и поликристаллы характеризуются высоким молекулярным взаимодействием. Поликристалл состоит из множества монокристаллов и имеет неправильную форму. Иногда их называют кристаллитами. Они появляются в результате естественного роста или выращиваются искусственным путем. Поликристаллами могут быть сплавы, металлы, керамика. Основные характеристики складываются из свойств монокристаллов, но при этом большое значение имеют размеры зерен, расстояние между ними, границы зерен. При наличии границ, физические показатели поликристаллов значительно изменяются, снижается прочность.
Поликристаллы порождаются в результате кристаллизации, изменения кристаллических порошков. Эти минералы менее стабильны, чем монокристаллы, что приводит к неравномерному росту отдельных зерен.
Полиморфизм
Монокристаллы — это вещества, способные существовать сразу в двух состояниях, которые будут отличаться по своим физическим свойствам. Такая особенность получила название полиморфизм.
При этом вещество в одном состоянии может быть стабильнее, чем другая. При изменении условий окружающей среды ситуация может измениться.
Полиморфизм бывает следующих типов:
- Реконструкционный — распад происходит до атомов и молекул.
- Деформационный — структура видоизменяется. Происходит сжатие или растяжение.
- Сдвиговый — некоторые элементы структуры изменяют свое местоположение.
Свойства кристалла могут измениться при резком изменении состава. Классическим примером полиморфизма является модификация углерода. В одном состоянии это алмаз, в другом — графит, вещества с различными свойствами.
Некоторые формы углевода при нагревании превращаются в графит. Изменения свойств могут происходить без деформации кристаллической решетки. В случае с железом замещение некоторых компонентов приводит исчезанию магнитных свойств.
Прочность кристаллов
Любой материал, применяемый в современной технике, имеет итоговую прочность. Наибольшей прочностью обладает сплав никеля, хрома и железа. Повышение прочности металлов позволит усовершенствовать военную и гражданскую технику. Увеличение износостойкости приведет к большему сроку службы. По этой причине прочность монокристаллов ученые давно изучают.
Чистые монокристаллы — это кристаллы с идеальной кристаллической решеткой, содержат незначительное количество дефектов. При уменьшении числа дефектов прочность металлов увеличивается в несколько раз. При этом плотность металла остается почти прежней.
Монокристаллы с идеальной решеткой устойчивы к механическому воздействию до температуры плавления. Не изменяются со временем. Чаще всего такие монокристаллы имеют нулевую дислокацию. Но это необязательное условие. Прочность объясняется тем, что микротрещины образуются в местах, где имеется наибольшее количество дислокаций. А при их отсутствии трещинам появляться негде. Значит, монокристалл прослужит до тех пор, пока не будет превышен порог его прочности.
Искусственные монокристаллы
Выращивание монокристаллов возможно при текущем уровне науки. При обработке металла, не меняя его состав, можно создать монокристалл, который обладает высоким запасом прочности.
Известно 2 метода производства монокристаллов:
- сверхвысокое давление и литье металла;
- криогенное давление.
Первый метод пользуется популярностью при обработке легких металлов. При условии чистоты металла и увеличении давления постепенно появится новый металл, обладающий теми же свойствами, но с увеличенной прочностью. При соблюдении определенных условий можно получить монокристалл с идеальной решеткой. При наличии примесей существует вероятность, что кристаллическая решетка будет не идеальна.
У тяжелых металлов при увеличении давления происходит процесс изменения структуры. Монокристалл еще не получился, а вещество изменило свойства.
В основе криогенного литья лежит получение криогенных жидкостей. Под воздействием магнитного поля не происходит кристаллизация. Полукристаллическая форма становится кристаллом после электрического заряда.
Алмаз и кварц
Свойства алмаза основаны на том, что это вещество с атомной кристаллической решеткой. Связь между атомами обуславливает прочность алмаза. При неизменных условиях алмаз не изменяется. При попадании в вакуум постепенно превращается в графит.
Размеры кристаллов существенно различаются. Синтетически выращенные алмазы имеют грани куба и внешне отличаются от собратьев. Свойства алмаза используются для резки стекла.
Кристаллы кварца встречаются повсеместно. Минерал — один из самых распространенных. Обычно кварц бесцветен. Если внутри камня имеется множество трещин, то он белого цвета. При добавлении других примесей он меняет цвет.
Кристаллы кварца используются при производстве стекла, для создания ультразвука, в электро-, радио-, телеаппаратуре. Некоторые разновидности применяются в ювелирном деле.
Структура монокристаллов
Металлы в твердом состоянии имеют кристаллическое строение. Структура монокристаллов — это бесконечные ряды чередующихся атомов. В реальности упорядоченность атомов может нарушаться из-за теплового воздействия, механического или по ряду других причин.
Кристаллические решетки встречаются 3 видов:
- тип вольфрама;
- тип меди;
- тип магния.
Применение
Искусственные монокристаллы — это возможность получать материал с новыми свойствами. Зона применения монокристаллов очень большая. Кварц и шпат создала природа, а фторид натрия выращен искусственным путем.
Монокристаллы — это материалы, которые применяются в оптике и электронике. Кварц и слюда используются в оптике, но являются дорогими. В искусственных условиях можно вырастить монокристалл, который будет отличаться чистотой и прочностью.
Алмаз используют там, где требуется высокая прочность. Но его успешно синтезируют в искусственных условиях. Трехмерные монокристаллы выращивают из расплавов.
поликристаллы — это… Что такое поликристаллы?
ПОЛИКРИСТА́ЛЛЫ (от поли… (Свойства поликристаллов и текстур определяются свойствами и природой кристаллических зерен, из которых они образованы, а также их величиной, кристаллографической ориентацией и взаимным расположением, строением межзеренных границ и силами взаимодействия кристаллитов.
Наличие границ зерен существенно сказывается на физических, особенно механических, свойствах поликристаллов. На границах происходит рассеяние электронов проводимости, фононов, торможение дислокаций и т. п.
Поликристаллы образуются при кристаллизации, полиморфных превращениях (см. полиморфизм (см. ПОЛИМОРФИЗМ (в минералогии))) и в результате спекания кристаллических порошков. Термодинамически поликристалл менее стабилен, чем монокристалл, поэтому при длительном отжиге поликристаллического материала происходит преимущественный рост отдельных зерен за счет других (рекристаллизация (см. РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ)), приводящий к образованию крупных кристаллических блоков.
Поликристаллическое состояние характерно для многих природных и синтетических, технически важных материалов, например, металлов, сплавов, многих минералов, керамических материалов. Для изучения структуры и свойств поликристаллов широко используются рентгеновские методы. Они позволяют провести структурный анализ несложных структур, качественный и количественный фазовый анализ, определить средние размеры зерен в образце или функции распределения их по размерам, определить внутренние напряжения, изучить текстуру, т. е. характер преимущественной ориентации в поликристаллических образцах.
что такое монокристаллы и поликристаллы?
Материал из Википедии — свободной энциклопедии Поликристалл — агрегат мелких кристаллов какого-либо вещества, иногда называемых из-за неправильной формы кристаллитами или кристаллическими зёрнами. Многие материалы естественного и искусственного происхождения (минералы, металлы, сплавы, керамики и т. д. ) являются поликристаллами. Свойства поликристаллов обусловлены свойствами составляющих его кристаллических зёрен, их средним размером, который колеблется от 1—2 мкм до нескольких мм (в некоторых случаях до нескольких метров) , кристаллографической ориентацией зёрен и строением межзёренных границ. Если зёрна ориентированы хаотически, а их размеры малы по сравнению с размером поликристалла, то в поликристалле не проявляется анизотропия физических свойств, характерная для монокристаллов. Если в поликристалле есть преимущественная кристаллографическая ориентация зёрен, то поликристалл является текстурированным и, в этом случае, обладает анизотропией свойств. Наличие границ зёрен существенно сказывается на физических, особенно механических, свойствах поликристаллов, так как на границах происходит рассеяние электронов проводимости, фононов, торможение дислокаций и др. Поликристаллы образуются при кристаллизации, полиморфных превращениях и в результате спекания кристаллических порошков. Поликристалл менее стабилен, чем монокристалл, поэтому при длительном отжиге поликристалла происходит рекристаллизация (преимущественный рост отдельных зёрен за счёт других) , приводящая к образованию крупных кристаллических блоков. Материал из Википедии — свободной энциклопедииТекущая версия (не проверялась) Перейти к: навигация, поиск Монокристалл — отдельный однородный кристалл, имеющий непрерывную кристаллическую решётку и характеризующийся анизотропией свойств. Внешняя форма монокристалла обусловлена его атомно-кристаллической структурой и условиями кристаллизации. Часто монокристалл приобретает хорошо выраженную естественную огранку, в неравновесных условиях кристаллизации огранка проявляется слабо. Примерами огранённых природных монокристаллов могут служить монокристаллы кварца, каменной соли, исландского шпата, алмаза, топаза. От монокристалла отличают поликристаллы и поликристаллические агрегаты, состоящие из множества различно ориентированных мелких монокристаллов. Большое промышленное значение имеют монокристаллы полупроводниковых и дилектрических материалов, выращиваемые в специальных условиях. В частности, монокристаллы кремния являются основой современной твердотельной электроники.
Монокристалл — это… Что такое Монокристалл?
Монокристалл — отдельный однородный кристалл, имеющий непрерывную кристаллическую решётку и иногда имеющий анизотропию физических свойств. Внешняя форма монокристалла обусловлена его атомно-кристаллической решёткой и условиями (в основном скоростью и однородностью) кристаллизации. Медленно выращенный монокристалл почти всегда приобретает хорошо выраженную естественную огранку, в неравновесных условиях (средняя скорость роста) кристаллизации огранка проявляется слабо. При ещё большей скорости кристаллизации вместо монокристалла образуются однородные поликристаллы и поликристаллические агрегаты, состоящие из множества различно ориентированных мелких монокристаллов. Примерами огранённых природных монокристаллов могут служить монокристаллы кварца, каменной соли, исландского шпата, алмаза, топаза. Большое промышленное значение имеют монокристаллы полупроводниковых и диэлектрических материалов, выращиваемые в специальных условиях. В частности, монокристаллы кремния и искусственных сплавов элементов III (третьей) группы с элементами V (пятой) группы таблицы Менделеева (например GaAs Арсенид галлия) являются основой современной твердотельной электроники. Монокристаллы металлов и их сплавов не обладают особыми свойствами и практически не применяются. Монокристаллы сверхчистых веществ обладают одинаковыми свойствами независимо от способа их получения. Кристаллизация происходит вблизи температуры плавления(конденсации) из газообразного (например иней и снежинки), жидкого (наиболее часто) и твёрдого аморфного состояний с выделением тепла. Кристаллизация из газа или жидкости обладает мощным очищающим механизмом: химический состав медленно выращенных монокристаллов практически идеален. Почти все загрязнения остаются (накапливаются) в жидкости или газе. Это происходит потому, что при росте кристаллической решётки происходит самопроизвольный подбор нужных атомов (молекул для молекулярных кристаллов) не только по их химическим свойствам (валентности), а также по размеру.
! Современной технике уже не хватает небогатого набора свойств естественных кристаллов (особенно для создания полупроводниковых лазеров), и учёные придумали метод создания кристаллоподобных веществ с промежуточными свойствами путём выращивания чередующихся сверхтонких (единицы - десятки нанометров) слоёв кристаллов с похожими параметрами кристаллических решёток.