1. 2. Застосування кристалів

Використання кристалів у техніці почалось ще у сиву давнину. Пригадайте історію, коли первісна людина дерев’яну палку замінила на обломок нефриту і почала рубати ліс. Ось вам перше і найпростіше застосування кристалу.

Найбільш поширеними та використаними кристалами і по сьогодні вважаються:

Алмаз: пилки для розпилювання каменів (алмазу зокрема); гравірувальні інструменти; апарати для визначення твердості; свердла та різці для каменю, металу, буріння гірських порід; виготовлення деталей в автомобільному та авіаційному виробництві; у гірничодобувних роботах; шліфування та полірування твердих каменів, загартованої сталі, твердих і надтвердих сплавів; у конструкціях точних механізмів, зокрема у годинниках.

Корунд (Al2O3): - рубін (кроваво-червоний кристал, містить домішки Cr2O3) - годинникова промисловість; зображення найдрібніших схем на напівпровідникових матеріалах; у текстильній та хімічній промисловості, витягування ниток із синтетичних волокон;

лазер – оптичний квантовий генератор – потужне джерело світла; у телебаченні для зйомки та передачі зображення; фізика плазми; хірургічні операції; зварювання металевих проводів; різка металевих труб; свердління найтонших отворів у твердих сплавах і навіть алмазі; рубінове скло в ілюмінаторах та приладах космічних супутників. Переваги рубіну: особливі механічні властивості, твердість, не реагування на зміну температури, стійкість у сильно агресивних середовищах. Близькими за властивостями до рубіну є кристали ітрієвого гранату та флюориту.

- непрозорий бурий дрібний – наждак – виготовлення наждачного паперу для шліфування металевих та дерев’яних поверхонь.

- сапфір (синій, містить домішки оксидів титану, феруму, мангану та ванадію) - медицина (стоматологія, ортопедія).

Кварц (SiO2): - звукознімачі у програвачах, ультразвукова гідроакустика, дефектоскопія, лампа-спалах при фотографуванні, телефонних трубках; кварцове скло; для визначення підроблених марок у філателії; призми, поляризуючі пластинки, спектрограми.

Кремній (Si) – витіснив електронні лампи, що призвело до зменшення розмірів та ваги електронної і радіоапаратури, до зниження енергоспоживання; поширення комп’ютерів, до покращення зв’язку, появи її космічних видів та початку ери інформаційних технологій.

В оптичній промисловості за останні роки зросла увага до кристалів ніобату літію, на яких реалізується цілий клас функціональних та цифрових інтегрально-оптичних схем, таких як перемикаючі матриці, аналізатори спектрів, надчутливі фазові та амплітудні модулятори, а також цілий клас датчиків фізичних величин, перш за все датчиків переміщення. Сам по собі ніобат літію – невпорядкована структура, тобто в кристалічній гратці атоми літію частково заміщені ніобієм.

У сотових телефонах, диктофонах багато кристалічних структур, на яких будуються мікросхеми. Одним з альтернативних носіїв інформації є кристали ніобату літію.

1.3. Взаємозв'язок між структурою кристалів та їх фізичними властивостями.

Фізичні властивості кристалів визначаються їх складом, геометрією кристалічної структури і типом хімічного зв'язку в них. За типом хімічного зв'язку виділяють ковалентні, йонні, молекулярні і металічні кристали.

У ковалентних (атомних) кристалах у вузлах кристалічної гратки знаходяться однакові або різні атоми, які сполучені між собою ковалентними зв’язками. Ці зв’язки міцні і направлені під певними кутами. Типовим прикладом цього виду кристалів є алмаз; в його кристалі кожен атом Карбону зв’язаний з чотирма іншими атомами Карбону, які розташовані у вершинах тетраедра під кутом 109°28', а відстань між атомами становить 0,154 нм. Кристали цього типу утворюють бор, кремній, пісок та інші. Властивості речовин з даним типом хімічного зв’язку характеризуються високою міцністю, твердістю, тугоплавкістю, вони є нелеткі, діелектрики.

Йонні кристали побудовані з катіонів та аніонів, розташованих у певному порядку за рахунок дії сил електростатичного притягування та відштовхування. Такі кристали утворюють кухонна сіль, флюорит, сильвін та інші. Властивості речовин із даним типом хімічного зв’язку характеризуються нижчими параметрами, ніж речовини з ковалентними кристалами, але йонні кристали здатні проводити електричний струм у розчині або у розплаві.

Металічні кристали утворюють чисті метали та їх сплави. Кристалічна гратка металів, утворена катіонами металів, які знаходяться у вузлах цієї структури та потоком електронів, який рухається між ними. Така будова зумовлює електропровідність, ковкість, блиск кристалів. Структура металічних кристалів утворюється в результаті різної упаковки.

Лужні метали – кубічна об’ємноцентрована, золото, срібло, алюміній, мідь – кубічна гранецентрована.

Молекулярні кристали складаються з ізольованих молекул, між якими діють слабкі міжмолекулярні сили притягання. Такого типу кристали мають найнижчу міцність, твердість, температури плавлення та кипіння, вони є леткими.