Штучне каміння давно завоювало популярність у ювелірні вироби. Адже для ювеліра цінність каменю визначається не лише його дефіцитом у природі. Важливу роль відіграє ціла низка інших характеристик:

• колір;
• світлозаломлення;
• міцність;
• вага у каратах;
• розмір та форма граней та ін.

Найдорожчий штучний дорогоцінний камінь Фіаніт (синоніми: даймонсквай, джеваліт, кубик цирконію, шелбі). Його ціна невелика - менше 10 $ за 1 карат (це 0,2 грама). Але слід зазначити, що зі збільшенням каратів ціна зростає експонентно. Наприклад, алмаз у 10 карат коштує у 100 разів дорожче за алмаз 1 карат.

Штучні кристали ювелірних каменівможна виростити у домашніх умовах. Більшість подібних експериментів не потребують спеціальної підготовки, вам не знадобиться облаштовувати хімічну лабораторію і навіть купувати спеціальні реактиви.

Для набуття досвіду вирощування кристалів починайте з малого. Ми поділимося технікою вирощування красивих кристалів з усього, що ви можете знайти фактично на власної кухні. Вам взагалі не знадобиться додатковий інвентар, адже все необхідне точно стоїть на полицях. Також розглянемо технологію вирощування штучних рубінів в домашніх умовах!

Як виростити кристали рубінів синтетично?

Вирощування кристалів рубіну може навіть стати варіантом домашнього бізнесу. Адже гарні синтетичні каменівже сьогодні мають великий попит серед покупців, тому в разі успішної реалізації проекту можуть принести вам непоганий прибуток. Синтетично вирощене каміння використовується ювелірами, а також мають широке застосування в техніці.

Кристали рубіну можна вирощувати за стандартною методикою, підібравши правильні солі. Але це буде не настільки ефективно, як у випадку із сіллю або цукром, при цьому набагато довше за тривалістю є процес зростання. Та й якість буде сумнівною. Адже натуральний рубін за шкалою твердості Моосу поступається лише Алмазу, посідаючи почесне 9-е місце. Звичайно, якщо йдеться про бізнес, в більшості випадків використовують інший спосіб, розроблений понад 100 років тому у Франції.

Вам буде потрібний спеціальний апарат, що має назву на ім'я винахідника даного способу, тобто апарат Вернейля. З його допомогою можна вирощувати кристали рубіну, розміром до 20-30 карат за кілька годин.

Хоча технологія залишається приблизно такою самою. Сіль двоокису алюмінію з домішкою оксиду хрому поміщають у накопичувач киснево-водневого пальника. Розплавляємо суміш, спостерігаючи, як практично "на очах" зростає рубін.

Залежно від складу обраної вами солі ви можете регулювати колір кристалів, отримуючи штучні смарагди, топази та абсолютно прозорі камені.

Робота з апаратом вимагатиме від вас уваги та деякого досвіду, зате надалі ви отримаєте можливість вирощувати кристали, які зачаровують своєю красою, прозорістю та грою кольору. Надалі такі шедеври добре подаються ограновування та шліфування, відповідно, можуть застосовуватися за призначенням.

Варто зазначити, що штучно вирощені кристали не є дорогоцінним камінням, тому навіть якщо ви вирішите зайнятися підприємницькою діяльністю з їх вирощування, це не вимагатиме від вас додаткового ліцензування.

Конструкція апарату нескладна, її можна зробити самостійно. Але на просторах Інтернету вже достатньо умільців, які пропонують креслення оригінальної установки та її вдосконалені варіанти.

Набір для вирощування кристалів рубіну в домашніх умовах

Сам принцип технології виробництва рубінів досить простий і схематично зображений нижче на малюнку:

Розуміючи принцип дії, будь-який пристрій не здається таким складним. Один із зразків креслень апарату Вернейля:

За цією технологією можна також вирощувати й інші дорогі штучні камені, такі як «Блакитний Топаз» і т.п.

Вирощування кристалів із солі в домашніх умовах

Найпростіший і найдоступніший експеримент, який ви можете провести – створити красиві сольові кристали. Для цього вам знадобиться кілька предметів:

1. Звичайна кам'яна сіль.
2. Вода. Важливо, щоб сама вода містила якнайменше власних солей, а краще дистильована.
3. Місткість, в якій проводитиметься досвід (пригодиться будь-яка банка, склянка, каструля).

Наливаємо в ємність теплу воду (її температура становить близько 50 ° С). Додаємо у воду кухонну сіль та розмішуємо. Після розчинення додаємо знову. Повторюємо процедуру доти, доки сіль не перестане розчинятися, осідаючи на дно судини. Це говорить про те що сольовий розчинстав насиченим, що нам було потрібно. Важливо, щоб під час приготування розчину температура залишалася постійною, не остигала, так ми зможемо створити більш насичений розчин.

Насичений розчин переливаємо в чисту банку, відокремлюючи від осаду. Вибираємо окремий кристал солі, а потім поміщаємо його в ємність (можна підвісити на нитці). Експеримент виконано. За кілька днів ви зможете побачити, як збільшився у розмірах ваш кристал.

Вирощування кристалів із цукру в домашніх умовах

Технологія одержання цукрових кристаликів аналогічна попередньому способу. Можна опустити ватний джгут у розчин, тоді цукрові кристали наростатимуть на ньому. Якщо процес зростання кристалів став повільнішим, значить зменшилася концентрація цукру в розчині. Додайте в нього знову цукровий пісок, тоді процес відновиться.

На замітку: якщо додати розчин харчового барвника, то і кристали стануть різнобарвними.

Можна вирощувати цукрові кристалики на паличках. Для цього вам знадобиться:

• вже готовий цукровий сироп, приготований аналогічно насиченому сольовому розчину;
• дерев'яні палички;
• трохи цукрового піску;
• харчові барвники (якщо хочете різнокольорових льодяників).

Все відбувається дуже просто. Дерев'яну паличкувмочуйте в сиропі і обвалюєте в цукровому піску. Чим більше крупинок прилипне, тим красивішим буде результат. Дайте паличкам, як слід висохнути, а потім переходьте просто до другої фази.

Насичений гарячий цукровий сироп виливаємо у склянку, туди ж поміщаємо заготовлену паличку. Якщо ви готуєте різнокольорові кристали, то в гарячий сироп додайте харчовий барвник.

Слідкуйте, щоб паличка не торкалася стінок та дна, інакше результат буде негарним. Можна зафіксувати паличку за допомогою аркуша паперу, надівши його зверху. Папір послужить ще й кришкою для ємності, яка не дозволить жодним стороннім частинкам потрапити до вашого розчину.

Приблизно через тиждень ви отримаєте чудові цукрові льодяники на паличках. Ними можна прикрасити будь-яке чаювання, привівши в повне захоплення не тільки дітей, а й дорослих!

Вирощування кристалів із мідного купоросу в домашніх умовах

Кристали з мідного купоросу виходять цікавої форми, при цьому мають насичений синій колір. Варто пам'ятати, що мідний купорос є хімічно активною сполукою, тому кристали з нього не слід куштувати на смак, а при роботі з матеріалом потрібно виявляти обережність. З цієї причини в цьому випадку підійде лише дистильована вода. Важливо, щоб вона була хімічно нейтральна. Будьте уважні та обережні при поводженні з мідним купоросом.

При цьому вирощування кристалів із купоросу відбувається фактично за тією ж схемою, що й попередні випадки.

Поміщаючи основний кристал для вирощування розчин, потрібно простежити, щоб він не стикався зі стінками посуду. І не забувайте стежити за насиченістю розчину.

Якщо ви помістили свій кристал на дні посудини, варто дивитися, щоб він не торкався інших кристаликів. У цьому випадку відбудеться їхнє зрощення, а замість одного красивого великого зразка у вас вийде маса невиразної форми.

Корисна порада! Можна самостійно регулювати розмір граней свого кристала. Якщо ви хочете, щоб деякі з них росли повільніше, їх можна змастити жиром або вазеліном. А для збереження небесно-синього красеня можна обробити грані прозорим лаком.

Існує 3 вагові категорії діамантів:

1. Дрібний. Маса 0,29 карата
2. Середній. Маса від 0,3 до 0,99 карата
3. Великий. Діаманти вагою понад 1 карат.

До популярних аукціонів допускають каміння масою від 6 карат. Камінням з масою понад 25 карат надають власні імена. Наприклад: "Вінстон" діамант (62,05 карат) або "Де Бірс" (234,5 карат) та ін.

Фетісов Микола

Навколишній світ складається з кристалів, можна сказати, що ми живемо у світі кристалів. Житлові будівлі та промислові споруди, літаки та ракети, теплоходи та тепловози, гірські породи та мінерали складаються з кристалів. Ми їмо кристали, лікуємося ними і частково складаємося з кристалів.

То що таке кристали? Якими властивостями вони мають? Як ростуть кристали? Як і де вони застосовуються нині та які перспективи їх застосування у майбутньому? Ось ці запитання мене зацікавили, і я постарався знайти на них відповіді.

Завантажити:

Попередній перегляд:

11 НАУКОВО-ПРАКТИЧНА КОНФЕРЕНЦІЯ КОВАЛЬСЬКОГО РАЙОНУ «ВІДКРИТИЙ СВІТ»

СЕКЦІЯ ФІЗИКИ

Основні галузі застосування штучних кристалів

Виконав учень 8 класу

Фетісов Микола

Керівник Сізоченко О.І.,

вчитель фізики

Муніципальне загальноосвітнє

Установа

«Основна загальноосвітня

Школа №24»

м. Новокузнецьк, 2014 р.

Вступ……………………………………………………… 2

1. Основна частина

1.1. Поняття кристал………………...………..……..4

1.2. Монокристали та полікристали........................4

1.3. Методи вирощування кристалів………...….…5

1.4. Застосування кристалів…………………..…...…7

2. Практична частина

2.1. Вирощування кристалів у домашніх

Умовах………………………………………...9

3. Висновок…………………………………………….…11

Бібліографія..………………………………………………...13

Додатки………………………….……………………..14-15

Вступ

Немов чарівний скульптор,

Світлі грані кристалів

Ліпить безбарвний розчин.

Н.А.Морозов

Навколишній світ складається з кристалів, можна сказати, що ми живемо у світі кристалів. Житлові будівлі та промислові споруди, літаки та ракети, теплоходи та тепловози, гірські породи та мінерали складаються з кристалів. Ми їмо кристали, лікуємося ними і частково складаємося з кристалів.

Кристали це речовини, у яких дрібні частки "упаковані" у порядку. У результаті зростання кристалів з їхньої поверхні мимоволі виникають плоскі грані, а самі кристали приймають різноманітну геометричну форму.

Висловлювання академіка А.Є. Ферсмана «Майже весь світ кристалічний. У світі панує кристал та його тверді прямолінійні закони» узгоджується з науковим інтересом вчених усього світу до цього об'єкта дослідження.

Сучасна промисловість не може обійтися без найрізноманітніших кристалів. Вони використовуються в годинах, транзисторних приймачах, обчислювальних машинах, лазерах та багато іншого. Велика лабораторія - природа - вже не може задовольнити попит техніки, що розвивається, і ось на спеціальних фабриках вирощують штучні кристали: маленькі, майже непомітні, і великі - масою в кілька кілограмів.

Люди навчилися отримувати штучно дуже багато дорогоцінного каміння. Наприклад, підшипники, для годинника та інших точних приладів вже давно роблять зі штучних рубінів. Отримують штучно та прекрасні кристали, які в природі взагалі не існують – фіаніт. Фіаніти на око важко відрізнити від алмазів – так гарно вони грають на світлі.

То що таке кристали? Якими властивостями вони мають? Як ростуть кристали? Як і де вони застосовуються нині та які перспективи їх застосування у майбутньому? Ось ці запитання мене зацікавили, і я постарався знайти на них відповіді.

Моя робота є дослідницькою, тому що при її реалізації використовуються знання кількох навчальних предметів: фізики, хімії, біології, інформатики. В результаті діяльності мною була створена презентація «Кристали та їх застосування», яку можна використовувати на уроках фізики та хімії як наочний посібник, і вирощені кристали з мідного купоросу та кухонної солі.

Ціль:

Визначити основні сфери застосування штучних кристалів та перевірити досвідченим шляхом можливість зростання кристалів кухонної солі та мідного купоросу без застосування спеціальної техніки.

Для досягнення поставленої мети переді мною стали наступні

завдання:

• Зібрати матеріал про кристали та їх властивості з літературних та інтернет джерел.
• Провести досліди з вирощування кристалів мідного купоросу та кухонної солі.
• Систематизувати матеріал про кристали: застосування штучних кристалів та методи їх вирощування.
• Створити презентацію «Кристали та їх застосування» для навчальних цілей.

1. Основна частина

1. Концепція кристал

Кристалом (від грец. krystallos - «прозорий лід») спочатку називали прозорий кварц (гірський кришталь), що зустрічався в Альпах. Гірський кришталь приймали за лід, що затвердів від холоду настільки, що він уже не плавиться. Спочатку головну особливість кристала бачили в його прозорості, і це слово вживали до всіх прозорих природних твердих тіл. Пізніше стали виготовляти скло, яке не поступалося у блиску та прозорості природним речовинам. Предмети з такого скла теж називали «кристальними». Ще й сьогодні скло особливої ​​прозорості називається кришталевою, «магічна» куля ворожок – кришталевою кулею.

Дивовижною особливістю гірського кришталю та багатьох інших прозорих мінералів є їх гладкі плоскі грані. Наприкінці XVII ст. було помічено, що є певна симетрія в їх розташуванні та встановлено, що деякі непрозорі мінерали мають правильне правильне огранювання. Виникла гіпотеза, що форма може бути пов'язана з внутрішньою будовою. Зрештою, кристалами стали називати всі тверді речовини, що мають природне плоске огранювання.

У палаті зброї є одяг і корони російських царів, суцільно посипані кристалами - самоцвітами - аметистами. У церквах аметистами прикрашали ікони та вівтарі.

Найзнаменитіші кристали - алмази, які після огранювання перетворюються на діаманти. Розгадати таємницю цього каміння люди намагалися багато століть і коли встановили, що алмаз - це різновид вуглецю ніхто не повірив.

Вирішальний досвід провів у 1772 році французький хімік Лавуазьє. У природі алмази утворюються в надрах землі за дуже високих температурахта тисках. Створити в лабораторії умови, за яких із графіту можна отримати алмаз, вчені змогли лише через 200 років. Наразі виробляються десятки тонн штучних алмазів. Серед них є алмази і для ювелірних цілей, проте основна їхня маса йде на виготовлення різноманітних інструментів.

1. Монокристали та полікристали

Кристалічні тіла можуть бути монокристалами та полікристалами. Монокристалом називають одиночний кристал, що має макроскопічну впорядковану кристалічну решітку. Вони мають геометрично правильну зовнішній формою, але ця ознака не є обов'язковою.

Полікристали, це хаотично орієнтовані маленькі кристали - кристаліти.

1. Методи вирощування кристалів

У лабораторії кристали вирощуються в ретельно контрольованих умовах, що забезпечують необхідні властивості, але в принципі лабораторні кристали утворюються так само, як і в природі - з розчину, розплаву або пари. Так, п'єзоелектричні кристали сегнетової солі вирощуються з водяного розчину при атмосферному тиску. Великі кристали оптичного кварцу вирощуються також із розчину, але при температурах 350–450о C та тиск 140 МПа. Рубіни синтезують при атмосферному тиску з порошку оксиду алюмінію, що розплавляється при температурі 2050о C. Кристали карбіду кремнію, що застосовуються як абразив, отримують з пари в електропечі.

Першим монокристалом, отриманим у лабораторії, був рубін. Для отримання рубіну розжарювалася суміш безводного глинозему, що містить більшу або меншу домішку їдкого калію з фтористим барієм і дворомокалієвою сіллю. Остання додається для того, щоб викликати фарбування рубіну, і береться в незначній кількості оксид алюмінію. Суміш міститься в тигель з глини і розжарюється (від 100 годин до 8 діб) у відбивних печах при температурі до 1500о С. Після закінчення досвіду в тиглі виявляється кристалічна маса, причому стінки вкриті кристалами рубіну прекрасного рожевого кольору.

Другий поширений метод вирощування синтетичних кристалів дорогоцінного каміння- Спосіб Чохральського. Він полягає в наступному: розплав речовини, з якого передбачається кристалізувати каміння, поміщають у вогнетривкий тигель з тугоплавкого металу (платини, родію, іридію, молібдену, або вольфраму) і нагрівають у високочастотному індукторі. У розплав на витяжному валу опускають траву з матеріалу майбутнього кристала, і на ній нарощується синтетичний матеріал до потрібної товщини. Вал із затравленням поступово витягують вгору зі швидкістю 1-50 мм/год з одночасним вирощуванням при частоті обертання 30-150 оборотів/хв. Обертають вал, щоб вирівняти температуру розплаву і забезпечити рівномірний розподіл домішок. Діаметр кристалів до 50 мм, довжина до 1 м. Методом Чохральського вирощують синтетичний корунд, шпинель, гранати та ін штучне каміння.

Кристали можуть рости так само при конденсації пари - так виходять сніжинки візерунки на холодному склі. При витісненні металів із розчинів солей з допомогою активніших металів так само утворюються кристали. Наприклад, розчин мідного купоросу опустити залізний цвях, він покриється червоним шаром міді. Але кристали міді, що утворилися, настільки дрібні, що їх можна розглянути тільки під мікроскопом. На поверхні цвяха мідь виділяється дуже швидко, тому її кристали занадто дрібні. Але якщо процес уповільнити, кристали вийдуть більшими. Для цього мідний купорос треба засипати товстим шаром кухонної солі, покласти на нього кружальце фільтрувального паперу, а зверху – залізну пластинку діаметром трохи менше. Залишилося налити в посудину насичений розчин кухонної солі. Мідний купорос почне повільно розчинятися у розсолі. Іони міді (у вигляді комплексних аніонів зеленого кольору) будуть дуже повільно протягом багатьох днів дифундувати вгору; за процесом можна спостерігати за рухом забарвленого кордону. Досягши залізної платівки, іони міді відновлюються до нейтральних атомів. Але оскільки цей процес відбувається дуже повільно, атоми міді вишиковуються в красиві блискучі кристали. Іноді ці кристали утворюють розгалуження – дендрити.

1. Застосування кристалів.

Природні кристали завжди збуджували цікавість у людей. Їх колір, блиск і форма торкалися людського почуття прекрасного, і люди прикрашали ними себе та житло. З давніх-давен з кристалами були пов'язані забобони; як амулети, вони мали не лише захищати своїх власників від злих духів, а й наділяти їх надприродними здібностями. Пізніше, коли ті самі мінерали стали розрізати і полірувати, як дорогоцінні камені, багато забобонів збереглися в талісманах «на щастя» і «своїх каменях», що відповідають місяцю народження. Всі природні дорогоцінні камені, крім опала, є кристалічними, і багато з них, такі, як алмаз, рубін, сапфір та смарагд, трапляються у вигляді чудово огранених кристалів.Прикраси із кристалівзараз так само популярні, як і під час неоліту.

Спираючись на закони оптики, вчені шукали прозорий безбарвний та бездефектний мінерал, з якого можна було б шліфуванням та поліруванням виготовляти лінзи. Потрібні оптичні та механічні властивості мають кристали незабарвленого кварцу, іперші лінзи, у тому числі і для окулярів, Виготовлялися з них. Навіть після появи штучного оптичного скла потреба у кристалах повністю не відпала; кристали кварцу, кальциту та інших прозорих речовин, що пропускають ультрафіолетове та інфрачервоне випромінювання, досі застосовуються для виготовлення призм та лінз оптичних приладів.

Кристали зіграли значної ролі у багатьох технічних новинках 20 в. Деякі кристали генерують електричний заряд під час деформації. Першим їх значним застосуванням буловиготовлення генераторів радіочастоти із стабілізацією кварцовими кристалами.Змусивши кварцову пластинку вібрувати в електричному полі коливання радіочастотного контуру, можна тим самим стабілізувати частоту прийому або передачі.

Напівпровідникові діоди використовуються в комп'ютерах та системах зв'язку, транзистори замінили електронні лампи в радіотехніці, а сонячні батареї, що розміщуються на зовнішній поверхні космічних літальних апаратів, перетворюють сонячну енергію на електричну. Напівпровідники широко застосовуються також у перетворювачах змінного струму на постійний.

Кристали, що мають п'єзоелектричні властивості, застосовуються в радіоприймачах і радіопередавачах, в головках звукознімачів і в гідролокаторах. Деякі кристали модулюють світлові пучки, інші генерують світло під дією прикладеного напруги. Перелік видів застосування кристалів досить довгий і безперервно зростає.

Штучні кристали.З давніх-давен людина мріяла синтезувати камені, настільки ж дорогоцінні, як і зустрічаються в природних умовах. До ХХ ст. такі спроби були безуспішними. Але в 1902вдалося отримати рубіни та сапфіри, що мають властивості природного каміння. Пізніше, наприкінці 1940-х роківсинтезовані смарагди, а в 1955 фірма «Дженерал електрик» та Фізичний інститут АН СРСР повідомили про виготовленняштучних алмазів.

Багато технологічних потреб у кристалах стали стимулом до дослідження методів вирощування кристалів із заздалегідь заданими хімічними, фізичними та електричними властивостями. Праці дослідників не зникли задарма, і було знайдено способи вирощування великих кристалів сотень речовин, багато з яких немає природного аналога. У природі часто зустрічаються тверді тіла, що мають форму правильних багатогранників. Такі тіла назвали кристалами. Вивчення фізичних властивостей кристалів показало, що геометрично правильна форма – головна їх особливість.

Повністю узгоджується з невгасаючим науковим інтересом вчених всього світу та всіх областей знання до цього об'єкта дослідження. Наприкінці 60-х років минулого століття розпочався серйозний науковий прорив в областірідких кристалів, Що породив "індикаторну революцію" щодо заміни стрілочних механізмів коштом візуального відображення інформації. Пізніше у науку увійшло поняття біологічний кристал (ДНК, віруси тощо. буд.), а 80-х роках ХХ століття – фотонний кристал.

1. Практична частина

1. Вирощування кристалів у домашніх умовах

Вирощування кристалів – процес дуже цікавий, але досить тривалий та копіткий.

Корисно знати, які керують його зростанням; чому різні речовини утворюють кристали різної форми, а деякі їх зовсім не утворюють; що треба зробити, щоб вони вийшли великими та красивими.

На ці запитання я намагався знайти відповіді у своїй роботі.

Якщо кристалізація йде дуже повільно, виходить один великий кристал(або монокристал), якщо швидко - то безліч дрібних.

Вирощування кристалів у домашніх умовах я робив різними способами.

Спосіб 1 . Охолодження насиченого розчину мідного купоросу. Зі зниженням температури розчинність речовин зменшується, і вони випадають в осад. Спочатку в розчині та на стінках судини з'являються крихітні кристали-зародки. Коли охолодження повільне, а розчині немає твердих домішок, зародків утворюється багато, і поступово вони перетворюються на красиві кристалики правильної форми. При швидкому охолодженні виникає багато дрібних кристаликів, майже жодної з них немає правильну формуадже їх росте безліч, і вони заважають один одному.

Для того щоб виростити кристал із мідного купоросу я зробив перенасичений розчин:

1. Для цього я взяв теплу воду, розчинив у ній купорос і підсипав його, доки він не перестав розчинятися.

2. Перелив через фільтр (марлю) в іншу чисту ємність. Тару обдав окропом, щоби не допустити швидкої кристалізації розчину на брудних стінках.

3. Підготував затравку.

4. Прив'язав її до нитки, опустив її у розчин.

Щоб кристалик рівномірно розростався з усіх боків, затравку (маленький кристалик) краще у підвішеному стані тримати у розчині. Для цього я зробив перемичку зі скляної палички. До речі, бажано брати нитку гладку, тоненьку, можна шовкову, щоб не утворювалися непотрібні маленькі кристалики. Далі свій розчин я поставив у тепле місце. Дуже важливе повільне охолодження (щоб отримати великий кристал). Кристалізацію можна буде побачити вже за кілька годин. Періодично потрібно змінювати або оновлювати насичений розчин, а також зчищати дрібні кристали з нитки. (Додаток 1)

Спосіб 2 - Поступове видалення води з насиченого розчину.

В цьому випадку, чим повільніше видаляється вода, тим краще виходить результат. Я залишив відкритим посудину з розчином кухонної солі (харчова сіль) при кімнатній температурі на 14 днів, накривши її листом паперу, - вода при цьому випаровувалась повільно, і пил у розчин не потрапляв. Зростаючий кристал підвісив у насиченому розчині на тонкій міцній нитці. Кристал вийшов великий, але безформний – аморфний. (Додаток 1)

Вирощування кристалів - процес цікавий, але вимагає дбайливого та обережного ставлення до своєї роботи. Теоретично розмір кристала, який можна виростити в домашніх умовах у такий спосіб, необмежений. Відомі випадки, коли ентузіасти отримували кристали такої величини, що підняти їх могли лише за допомогою товаришів.

Але, на жаль, є деякі особливості їхнього зберігання. Наприклад, якщо кристалик галунів залишити відкритим у сухому повітрі, він, поступово втрачаючи воду, що міститься в ньому, перетвориться на непоказний сірий порошок. Щоб запобігти його руйнуванню, можна покрити безбарвним лаком. Мідний купорос та кухонна сіль- Більш стійкі і з ними можна працювати сміливо.

Минулого року у 7 класі на уроці хімії при вивченні теми «Явлення, що відбуваються з речовинами», ми вирощували кристали, багатьом цей досвід не вдався. Цього року я підказав хлопцям з 7 класу як правильно впоратися з цим завданням і ось що в них вийшло (див. Додаток 2).

Висновок

Всі фізичні властивості, завдяки яким кристали так широко застосовуються, залежать від їхньої будови – їхньої просторової решітки.

Поруч із твердотельными кристалами нині широко застосовуються рідкі кристали, а невдовзі ми будемо користуватися приладами, побудованими на фотонних кристалах.

Я відібрав найбільш прийнятний спосіб для вирощування кристалів у домашніх умовах і виростив кристали солі та мідного купоросу. У міру зростання кристалів проводив спостереження, фіксував зміни.

Кристали – це красиво, можна сказати якесь диво, вони притягують до себе; кажуть же "кристальної душі людина" про те, в кому чиста душа. Кришталева – отже, сяюча світлом, як алмаз. І, якщо говорити про кристали з філософським настроєм, то можна сказати, що це матеріал, який є проміжною ланкою між живою та неживою матерією. Кристали можуть зароджуватися, старіти, руйнуватися. Кристал, коли росте на затравці (на зародку), успадковує дефекти цього зародка. Але якщо говорити зовсім серйозно, зараз, мабуть, не можна назвати жодної дисципліни, жодної галузі науки і техніки, яка обходилася б без кристалів. Медиків цікавлять середовища, в яких відбувається кристалоутворення ниркового каміння, а фармацевтів таблетки – це спресовані кристали. Засвоєння, розчинення пігулок залежить від того, якими гранями покриті ці мікрокристаліки. Вітаміни, мієлінова оболонка нервів, білки та віруси – це все кристали.

Кристал чудодійний своїми властивостями, він виконує різні функції. Ці властивості закладені в його будові, яка має ґратчасту тривимірну структуру. Кристалографія – наука не нова. У її витоків стоїть М. У. Ломоносов. Вирощування кристалів стало можливим завдяки вивченню даних мінералогії про кристалоутворення в природних умовах. Вивчаючи природу кристалів, визначали склад, з якого вони виросли та умови їх зростання. І тепер ці процеси імітують, отримуючи кристали із заданими властивостями. У справі отримання кристалів беруть участь хіміки та фізики. Якщо перші розробляють технологію зростання, другі визначають їх властивості. Чи можна штучні кристали відрізнити від природних? Наприклад, штучний алмаз досі поступається природному за якістю, у тому числі й по блиску. Штучні алмази не викликають ювелірної радості, але для використання в техніці вони цілком підходять, виступають у цьому сенсі на рівні з природними. Знову ж таки, нахраписті ростовики (так називають хіміків, які вирощують штучні кристали) навчилися вирощувати найтонші кристалічні голки, що мають надзвичайно високу міцність. Це досягається маніпулюванням хімізмом середовища, температурою, тиском, впливом інших додаткових умов. І це вже ціле мистецтво, творчість, майстерність – точні науки не допоможуть.

Тема “Кристали” актуальна, і якщо до неї вникати і вникати глибше, вона буде цікава кожному, дасть відповіді багато питань, а найголовніше – безмежне застосування кристалів. Кристали загадкові за своєю сутністю і настільки неординарні, що в моїй роботі я розповів лише малу частину того, що відомо про кристали та їх застосування в даний час. Можливо, що кристалічний стан речовини – це сходинка, яка об'єднала неорганічний світ із світом живої матерії. Майбутнє новітніх технологійналежить кристалам та кристалічним агрегатам!

На підставі проведеного дослідження я дійшов наступнихвисновків:

• Штучно вирощені кристали застосовуються в різних областях: медицині, радіотехніці, в машино-літавій будові, в оптиці і в багатьох інших.
• Термін отримання штучних кристалів значно менший, ніж процес їхньої природної освіти. Що робить їх більш доступними у використанні.
• У домашніх умовах можна виростити кристали навіть за невеликий термін.

Бібліографія

1. Хімія. Вступний курс. 7 клас: навч. Посібник/О.С. Габрієлян, І.Г. Остроумов, А.К. Ахлебінін. - 6-е вид., М.: Дрофа, 2011.
2. Хімія. 7 клас: робочий зошит до навчального посібникаО.С. Габрієляна та ін. «Хімія. Вступний курс. 7 клас» / О.С. Габрієлян, Г.А. Шипарьова. - 3-тє вид., - М.: Дрофа, 2011.
3. Ландау Л.Д., Китайгородський А.І. Фізика всім, Книга 2. Молекули.- М.,1978.
4. Енциклопедичний словник молодого хіміка. / Упоряд. В.А. Крицман, В.В.Станцо.-М., 1982.
5. Енциклопедія для дітей 4. Геологія. / Упоряд. С.Т. Ісмаїлова.-М.,1995.
6. Інтернет ресурси:

http://www.krugosvet.ru - Енциклопедія Кругосвітло.

http://ua.wikipedia.org/ – енциклопедія Вікіпедія.

http://www.kristallikov.net/page6.html - Як виростити кристал.

Додаток 1.

Щоденник спостережень

Дата	Спостереження		Фото
	Сіль	Мідний купорос	Сіль	Мідний купарос
24.01.14.	До опускання затравки розчин. довжина:5мм ширина:5мм	Робимо петельку з дроту, підвішуємо та опускаємо в розчин.
27.01.14.	довжина:11мм ширина:7мм	довжина: 12мм ширина:10мм
30.01.14.	довжина: 20мм ширина:10мм	довжина: 18мм ширина:13мм
3.02.14.	Утворення кристала вийшло за межу розчину	довжина: 25мм ширина:15мм
6.02.14.	Кристал вийшов великий, але безформний	довжина: 30мм ширина:20мм

Додаток 2

Кристали, вирощені семикласниками

Підписи до слайдів:

Застосування кристалів
Прикраси
Лінзи
Підготував затравку

Ціль
: визначити основні сфери застосування штучних кристалів та перевірити досвідченим шляхом можливість зростання кристалів кухонної солі та мідного купоросу без застосування спеціальної техніки.
Завдання:

Зібрати матеріал про кристали та їх властивості.
Провести досліди з вирощування кристалів мідного купоросу та кухонної солі.
Систематизувати матеріал про кристали: фізичні властивості кристалів та їх застосування.
Створити презентацію «Кристали та їх застосування».
2. Витіснення металів із розчинів солей за допомогою більш активних металів.
Пропустив розчин через фільтр
Дякую за увагу
Основні галузі застосування штучних кристалів
Виконав учень 8 класу
Фетісов Микола
Керівник
Сізоченко
А.І. ,
Вчитель фізики
Муніципальне загальноосвітнє
Установа
«Основна загальноосвітня
Школа №24»
м.Новокузнецьк, 2014 р
Висновки
Штучно вирощені кристали застосовуються в різних областях: медицині, радіотехніці, в
машино-літак
будову, в оптиці та в багатьох інших.
Термін отримання штучних кристалів значно менший, ніж процес їхньої природної освіти. Що робить їх більш доступними у використанні.
У домашніх умовах можна виростити кристали навіть за невеликий термін.
Методи вирощування кристалів
Метод
Чохральського
- тигельний
метод:
розплав
речовини, з якої
передбачається кристалізувати
каміння, поміщають у вогнетривкий
тигель
з тугоплавкого металу (платини, родію,
іридія
, молібдену, або вольфраму) і нагрівають у
високочастотному
індуктор.
(Коштовне каміння: рубіни)
Глиняний тигель
Вирощування кристалів у домашніх умовах
Спосіб 1
: Повільне охолодження насиченого розчину.
Готую перенасичений розчин
Полікристали
Монокристали
Кристали, вирощені семикласниками
Рідкі кристали
Кристали
- це тверді
речовини,

мають природну
зовнішню форму
правильних симетричних багатогранників
, засновану
на
їх внутрішньої
структурі
Напівпровідникові діоди, транзистори, сонячні батареї
Спосіб 2:
Поступове видалення води з насиченого розчину

У
у цьому випадку, чим повільніше видаляється вода, тим краще виходить результат.

Потрібно залишити посудину
з розчином кухонної
солі,
накривши його листом паперу, - вода при цьому
випаровується
повільно, а пил у розчин не
влучає.

Кристал
вийшов великий, але безформний – аморфний.

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

Дослідницька робота

КРИСТАЛИ ТА ЇХ ЗАСТОСУВАННЯ

Автор роботи:Кривошеєв Євген

учень 7 «Б» класу МБОУСОШ №1

Г.Завітінська Амурської області

Керівник роботи: Конченко Н.С.

вчитель фізики МБОУСОШ №1

Г.Завітінська Амурської області

Завітинськ.

2013р.

• Вступ
• 1. Кристал. Його властивості, будова та форма
• 2. Рідкі кристали
• 3. Застосування ЖК
• 4. Застосування кристалів у науці та техніці
• 5. Практична частина
• Висновок
• Список літератури
• Вступ
• Актуальність роботи:
• Так як кристали мають широке застосування в науці та техніці, то важко назвати таку галузь виробництва, де не використовувалися б кристали. Тому знати і розумітися на властивостях кристалів дуже важливо кожному за людини.
• Мета дослідження: Вирощування кристала з розчину в домашніх умовах, вивчення практичного застосування кристалів у науці та техніці.
• Завдання:
• 1. Вивчення теорії про кристали.
• 2.Вивчення матеріалу з вирощування кристала в звичайних умовахта у лабораторних умовах.
• 3.Спостереження за утворенням кристала.
• 4.Опис спостережень.
• 5. Вивчення сфери застосування кристалів у сучасному житті.

1. Кристал. Його властивості, будова та форма

Слово «кристал» походить від грецької « crustallos», тобто «лід». Тверді тіла, атоми чи молекули яких утворюють впорядковану періодичну структуру (кристалічні грати).

Освіта кристалів.

Кристали утворюються трьома шляхами: з розплаву, з розчину та з пари. Прикладом кристалізації з розплаву може бути утворення льоду з води. кристал рідкий вирощування лабораторний

Навколишній світ часто можна спостерігати утворення кристалів безпосередньо з газового середовища, з розчинів і з розплаву. У тиху морозну ніч при ясному небі, в яскравому світлі місяця або ліхтаря, ми іноді бачимо лусочки інею, що поблискують іскорками повільно опускаються. Це пластинчасті кристалики льоду, що утворюються тут же біля нас з вологого та охолодженого повітря.

Структура твердих тіл залежить від умов, у яких відбувається перехід із рідкого у твердий стан. Якщо такий перехід відбувається дуже швидко, наприклад, при різкому охолодженні рідини, то частинки не встигають вишикуватися в правильну структуру і утворюється дрібнокристалічний тіло. При повільному охолодженні рідини виходять великі та правильні форми кристали. У деяких випадках, щоб речовина закристалізувалася, її доводиться витримувати за різних температур. Також зростання кристала впливає зовнішній тиск. Крім того, значна частина кристалів, які мали в минулому досконале огранювання, встигла втратити її під дією води, вітру, тертя про інші тверді тіла. Так, багато округлих прозорих зерен, які можна знайти в прибережному піску, є кристалами кварцу, що втратили грані в результаті тривалого тертя один про одного.

Будова кристалів

Різноманітність кристалів формою дуже велика.

Кристали можуть мати від чотирьох до кількох сотень граней. Але при цьому вони мають чудову властивість - якими б не були розміри, форма і число граней одного і того ж кристала, всі плоскі грані перетинаються один з одним під певними кутами. Кути між відповідними гранями завжди однакові. На форму впливають такі чинники, як температура, тиск, частота, концентрація та напрямок руху розчину. Тому кристали однієї і тієї ж речовини можуть виявляти велику різноманітність форм.

Кристали кам'яної солі, наприклад, можуть мати форму куба, паралелепіпеда, призми або тіла більш складної форми, але їх грані завжди перетинаються під прямими кутами. Грані кварцу мають форму неправильних шестикутників, але кути між гранями завжди одні й самі - 120°.

Закон сталості кутів, відкритий 1669 р. датчанином Миколою Стено, є найважливішим законом науки про кристали - кристалографії.

Вимірювання кутів між гранями кристалів має дуже велике практичне значення, оскільки за результатами цих вимірів у багатьох випадках може бути визначено природа мінералу.

Найпростішим приладом для вимірювання кутів кристалів є прикладний гоніометр.

Види кристалів

Крім того розрізняють монокристали та полікристали.

Монокристал є монолітом з єдиною непорушеною кристалічною решіткою. Природні монокристали великих розмірівтрапляються дуже рідко.

Монокристалами є кварц, алмаз, рубін і багато інших дорогоцінних каменів.

Більшість кристалічних тіл є полікристалічними, тобто складаються з безлічі дрібних кристаликів, іноді видно лише при сильному збільшенні.

Полікристалами є всі метали.

2. Рідкі кристали

Рідкий кристал - це особливий стан речовини, проміжний між рідким та твердим станами. У рідини молекули можуть вільно обертатися та переміщатися у будь-яких напрямках. У рідкому кристалі є певний ступінь геометричної впорядкованості розташування молекул, але допускається і деяка свобода переміщення.

Консистенція рідких кристалів може бути різною – від легкоплинної рідкої до пастоподібної. Рідкі кристали мають незвичайні оптичні властивості, що використовують у техніці. Рідкі кристали утворюються з молекул, мають різну геометричну форму. таких, як колір, прозорість та ін. На цьому грунтуються численні застосування рідких кристалів.

3. Застосування ЖК

Розташування молекул у рідких кристалах змінюється під впливом таких чинників, як температура, тиск, електричні та магнітні поля; зміни розташування молекул призводять до зміни оптичних властивостей, таких, як колір, прозорість і здатність до обертання площини поляризації проходить світла. На цьому грунтуються численні застосування рідких кристалів. Наприклад, залежність кольору від температури використовується для медичної діагностики. Наносячи на тіло пацієнта деякі рідкокристалічні матеріали, лікар може легко виявляти торкнуті хворобою тканини зі зміни кольору в тих місцях, де ці тканини виділяють підвищену кількість тепла. Температурна залежність кольору дозволяє контролювати якість виробів без їх руйнування. Якщо металевий виріб нагрівати, його внутрішній дефект змінить розподіл температури лежить на поверхні. Ці дефекти виявляються зі зміни кольору нанесеного на поверхню рідкокристалічного матеріалу.

Тонкі плівки рідких кристалів, укладені між склом або листками пластмаси, знайшли широке застосування як індикаторні пристрої. Рідкі кристали широко застосовуються у виробництві наручного годинниката невеликих калькуляторів. Створюються плоскі телевізори із тонким рідкокристалічним екраном.

4. Застосування кристалів у науці та техніці

У наш час кристали мають дуже широке застосування у науці, техніці та медицині.

Алмазними пилками розпилюють каміння. Алмазна пилка - це великий (до 2-х метрів у діаметрі) сталевий диск, що обертається, на краях якого зроблені надрізи або зарубки. Дрібний порошок алмазу, змішаний з якоюсь клейкою речовиною, втирають у ці надрізи. Такий диск, обертаючись із великою швидкістю, швидко розпилює будь-який камінь.

Величезне значення має алмаз під час буріння гірських порід, у гірничих роботах. У граверних інструментах, ділильних машинах, апаратах для випробування твердості, свердлах для каменю та металу вставлені алмазні вістря. Алмазним порошком шліфують і полірують тверді камені, загартовану сталь, тверді та надтверді сплави. Сам алмаз можна різати, шліфувати і гравірувати лише самим алмазом. Найбільш відповідальні деталі двигунів в автомобільному та авіаційному виробництві обробляють алмазними різцями та свердлами.

Корундом можна свердлити, шліфувати, полірувати, точити камінь та метал. З корунду та наждака роблять точильні круги та бруски, шліфувальні порошки та пасти. На напівпровідникових заводах найтонші схеми малюють рубіновими голками.

Гранат також використовується у абразивній промисловості. З гранатів виготовляють шліфувальні порошки, точильні круги, шкірки. Вони іноді замінюють у приладобудуванні рубін.

З прозорого кварцу роблять лінзи, призми та ін деталі оптичних приладів. Штучне «гірське сонце» - апарат, який широко застосовується в медицині. При включенні даний апарат випромінює ультрафіолетове світло, ці промені є цілющими. У цьому апараті лампа зроблена з кварцового скла. Кварцова лампа використовується не тільки в медицині, але і в органічній хімії, мінералогії, допомагає відрізнити фальшиві марки, купюри від справжніх. Чисті бездефектні кристали гірського кришталю використовуються при виготовленні призм, спетрографів, пластинок, що поляризують.

Флюорит використовується виготовлення лінз телескопів і мікроскопів, виготовлення призм спектрографів та інших оптичних приладах.

5. Практична частина

Вирощування кристалів мідного купоросу.

Мідний купорос – п'ятиводний сульфат міді, оскільки великі кристали нагадують кольорове синє скло. Мідний купорос застосовують у сільському господарстві для боротьби зі шкідниками та хворобами рослин, у промисловості при виробництві штучних волокон, органічних барвників, мінеральних фарб, миш'яковистих хімікатів.

Спосіб вирощування в домашніх умовах:

1) Для початку приготуємо розчин концентрованого купоросу. Після цього злегка підігріємо суміш, щоб досягти повного розчинення солі. Для цього склянку поставимо в каструлю із теплою водою.

2) Отриманий концентрований розчин переллємо в банку чи хімічну склянку; туди ж підвісимо на нитці кристалічну "затравку" - маленький кристалик тієї ж солі - так, щоб він був занурений у розчин. На цій "затравці" і доведеться рости майбутньому експонату вашої колекції кристалів.

3) Посудину з розчином поставимо в відкритому виглядіу тепле місце. Коли кристал виросте досить великим, виймемо його з розчину, обсушимо м'якою ганчірочкою або паперовою серветкою, обріжемо нитку і покриємо грані кристала безбарвним лаком, щоб запобігти "вивітрюванню" на повітрі.

Спостереження за зростанням кристалів мідного купоросу.

Для початку ми налили в хімічну склянку розчин мідного купоросу, прив'язали на нитку затравку. І опустили у склянку кристал. Вже наступного дня у нас з'явився полікристал досить великих розмірів, близько 2 сантиметрів завдовжки. Сам кристал був дуже нерівний, із невеликими стовпцями. Далі кристалізація не тривала, скільки б ми не чекали.

Але ми на цьому не зупинялися і зробили ще два кристали мідного купоросу. Тільки затравку ми взяли зі стовпця кристала, що не вийшов. В одному розчині температура постійно змінювалася, а в іншій склянці була незмінною. За кілька діб у нас вийшло два повноцінні монокристали мідного купоросу. Вони вийшли із рівними гранями, абсолютно симетричні. Так я зрозумів що для того щоб зробити рівний кристал треба, щоб затравка теж була рівною і симетричною.

Спостереження за процесом зростання кристалів у розчинах солей під мікроскопом.

Розглядати кристали під мікроскопом дуже цікаво, тому що чим "молодший" кристал, тим більше правильну форму він має. Вивчення кристалів під мікроскопом не займає багато часу та ресурсів: для приготування розчину необхідно всього кілька грамів солі, та й часу на зростання кристала йде не так багато.

Наносили на предметне скло мікроскопа кілька крапель насиченого розчину різних солей. Скло злегка підігрівали полум'ям спиртівки та поміщали на столик мікроскопа. Переміщенням предметного скла і регулюванням збільшення домагалися такого положення, щоб крапля зайняла поле зору мікроскопа. Через невеликий проміжок часу (близько 1 хв) на краю краплі, де вона висихає швидше, починалася кристалізація. Виниклі дрібні кристали утворювали по краях краплі суцільну непрозору кірку, яка в світлі здається темною. Поступово з цієї маси кристалів починали проступати спрямовані всередину краплі окремі вістря індивідуальних кристалів, які, розростаючись, утворюють різноманітні форми. Найчастіше нові центри кристалізації у вільному просторі всередині краплі, як правило, спонтанно не виникали. Через деякий час все поле зору заповнювалося кристалами і кристалізація практично закінчувалася.

Висновок

Таким чином, кристали одні з найкрасивіших та загадкових витворів природи. Ми живемо у світі, що складається з кристалів, будуємо з них, обробляємо їх, їмо їх, лікуємося ними... Вивченням різноманіття кристалів займається наука кристалографії. Вона всебічно розглядає кристалічні речовини, досліджує їх властивості та будову. У давнину вважалося, що кристали є рідкістю. Справді, перебування у природі великих однорідних кристалів - явище нечасте. Однак дрібнокристалічні речовини зустрічаються дуже часто. Так, наприклад, майже всі гірські породи: граніт, пісковики, вапняк – кристалічні. Навіть деякі частини організму кристалічні, наприклад, рогівка ока, вітаміни, оболонка нервів. Довгий шлях пошуків та відкриттів, від виміру зовнішньої форми кристалів углиб, у тонкощі їхньої атомної будови ще не завершено. Але тепер дослідники досить добре вивчили його структуру та вчаться керувати властивостями кристалів.

В результаті проведеної роботи я можу зробити такі висновки:

1. Кристал – це твердий стан речовини. Він має певну форму та певну кількість граней.

2. Кристали бувають різних кольорів, але здебільшого прозорі.

3. Кристали – зовсім не музейна рідкість. Кристали оточують нас усюди. Тверді тіла, з яких ми будуємо будинки і робимо верстати, речовини, які ми вживаємо в побуті, - майже всі вони належать до кристалів. Пісок і граніт, кухонна сіль та цукор, алмаз та смарагд, мідь та залізо – все це кристалічні тіла.

4. Найцінніші серед кристалів - дорогоцінні камені.

5. Я виростив кристал у домашніх умовах із насиченого розчину мідного купоросу.

Таким чином, мети та завдання, які були позначені мною на початку роботи, досягнуто. В результаті проведеної роботи я досвідченим шляхом знайшов доказ для припущення, яке було висловлено англійським кристалографом Франком про ступінчасте зростання кристалів.

Проведена робота була дуже цікавою та цікавою. Мені хотілося б ще виростити кристали з інших речовин, адже їх так багато навколо нас…

Розміщено на Allbest.ru

...

Подібні документи

Тверді кристали: структура, зростання, властивості. "Наявність порядку" просторової орієнтації молекул як властивість рідких кристалів. Лінійно поляризоване світло. Нематичні, смектичні та холестеричні кристали. Загальне поняття про сегнетоелектрики.

курсова робота , доданий 17.11.2012


Приклади застосування монокристалів. Сім кристалічних систем: триклінна, моноклінна, ромбічна, тетрагональна, ромбоедрична, гексагональна та кубічна. Прості форми кристалів. Отримання перенасиченого розчину та вирощування кристала.

презентація , додано 09.04.2012


Історія відкриття рідких кристалів, особливості їхньої молекулярної будови, структура. Класифікація та різновиди рідких кристалів, їх властивості, оцінка переваг та недоліків практичного використання. Способи керування рідкими кристалами.

курсова робота , доданий 08.05.2012


Загальна характеристикаповерхневих явищ у рідких кристалах. Розгляд відмінних рисрідких рідких кристалів, різних ступенів їх упорядкування. Дослідження анізотропії фізичних властивостей мезофази, ступеня впорядкування.

реферат, доданий 10.10.2015


Рідкокристалічний (мезоморфний) стан речовини. Утворення нової фази. Типи рідких кристалів: смекатичні, нематичні та холестеричні. Термотропні та ліотропні рідкі кристали. Роботи Д. Форлендера, які сприяли синтезу сполук.

презентація , доданий 27.12.2010


Історія відкриття рідких кристалів. Їх класифікація, молекулярна будова та структура. Термотропні рідкі кристали: смектичний, нематичний та холестеричний тип. Ліотропні РК. Анізотропія фізичних якостей. Як керувати рідкими кристалами.

реферат, доданий 27.05.2010


Поняття будови речовини та основні фактори, що впливають на її формування. Основні ознаки аморфної та кристалічної речовини, типи кристалічних решіток. Вплив типу зв'язку на структуру та властивості кристалів. Сутність ізоморфізму та поліморфізму.

контрольна робота , доданий 26.10.2010


Фізичні та фізико-хімічні властивості феритів. Структура нормальної та зверненої шпинелі. Огляд методу спікання та гарячого пресування. Магнітні кристали із гексагональною структурою. Застосування феритів у радіоелектроніці та обчислювальній техніці.

курсова робота , доданий 12.12.2016


Епітаксія – орієнтоване зростання одного кристала на поверхні іншого (підкладки). Дослідження форм кристалів NaCl, що утворюються під час сублімації з водного розчину; структурна відповідність епітаксійних пар по зростаючих гранях і окремих рядах.

курсова робота , доданий 04.04.2011


Вивчення поняття, видів та способів утворення кристалів - твердих тіл, у яких атоми розташовані закономірно, утворюючи тривимірно-періодичне просторове укладання - кристалічну решітку. Освіта кристалів із розплаву, розчину, пари.

З давніх-давен людство використовує кристали. Спочатку це були природні кристали, які використовувалися як знаряддя праці та засоби для лікування та медитації. Пізніше рідкісне камінняі дорогоцінні металипочали виступати у ролі коштів. Фундаментальні наукові дослідження та відкриття XX століття дозволили розробити методи отримання штучних кристалів та суттєво розширити сфери їх застосування.

Монокристал - це однорідний кристал, який має безперервну кристалічну решітку та анізотропію властивостей. Зовнішня форма монокристалу залежить від атомно-кристалічної будови та умов кристалізації. Прикладами монокристалів можуть бути монокристали кварцу, кам'яної солі, ісландського шпату, алмазу, топаза.

Якщо швидкість вирощування кристала буде високою, то утворюватимуться полікристали, які мають велика кількістьмонокристалів. Монокристали високочистих речовин мають однакові властивості незалежно від методу одержання.

На сьогоднішній день налічують близько 150 способів отримання монокристалів: парова фаза, рідка фаза (розчинів та розплавів) та тверда фаза.

На кафедрі високотемпературних матеріалів та порошкової металургії останнім методом вирощую монокристали гексаборид лантану та різних евтектичних сплавів на його основі. З монокристалів цих сполук виготовляють катоди, що використовуються в емісійній техніці.

Завдяки розвитку електротехніки та електроніки, використання монокристалів збільшується рік у рік. Деталі, виконані з високочистих монокристалічних матеріалів, можна побачити у всіх нових моделях електронних приладів, від радіоприймачів до великих електронно-розрахункових машин.

У техніці не вистачає набору властивостей природних кристалів, тому вчені розробили складний технологічний метод створення кристалоподібнихречовин з проміжною властивістю, шляхом вирощування надтонких шарів (одиниці-десятки нанометрів) кристалів, що чергуються з подібними кристалічними гратами - метод епітаксії. Ці кристали отримали назву фотонних кристалів.

У фотонних кристалах є заборонені енергетичні зони — це значення енергії фотонів, які можуть проникати в кристал і розчинятися у ньому. Якщо ж енергія кванта світла має допустиме значення, він успішно пройде через кристал. Тобто фотонні кристали можуть виконувати роль світлового фільтра, який пропускає фотони з певними значеннями енергії та відсіває решту.

Фотонні кристали мають 3 групи, що визначаються кількістю просторових осей, у яких змінюється показник заломлення. За цим критерієм кристали ділять на одно-, дво- та тривимірні.

Відомим представником фотонних кристалів є опал, що має дивовижний кольоровий візерунок, який з'являється завдяки існуванню заборонених енергетичних зон.

Монокристали штучних сапфірів лише незначною мірою поступаються твердості алмазу і мають високу стійкість до дряпання, що дозволяє застосовувати їх як захисні екрани в електронних пристроях (планшетах, смартфонах і т.д.). Застосування методу Чохральського дозволяє отримувати величезні монокристали штучних сапфірів.

У наш час вчені все частіше говорять про нанокристали. Нанокристали можуть мати розмір від 1 до 10 нм, що залежить від виду нанокристалів, а також їх методу отримання. Зазвичай вони мають 100 нм для кераміки та металів, 50 нм для алмазу та графіту та 10 нм для напівпровідників. Розмір нанокристалів впливає на появу незвичайних властивостей у звичних речовинах.

(Visited 1 333 times, 1 visits today)

Штучні кристали

З давніх-давен людина мріяла синтезувати камені, настільки ж дорогоцінні, як і зустрічаються в природних умовах. До 20 століття такі спроби були безуспішними. Але в 1902 вдалося отримати рубіни і сапфіри, що мають властивості природного каміння. Нині такі мінерали виробляються мільйонами карат щороку!

Пізніше, наприкінці 1940-х років було синтезовано смарагди, а 1955 фірма «Дженерал електрик» і Фізичний інститут АН СРСР повідомили про виготовлення штучних алмазів.

Багато технологічних потреб у кристалах стали стимулом до дослідження методів вирощування кристалів із заздалегідь заданими хімічними, фізичними та електричними властивостями. Праці дослідників не зникли задарма, і було знайдено способи вирощування великих кристалів сотень речовин, багато з яких немає природного аналога. У лабораторії кристали вирощуються в ретельно контрольованих умовах, що забезпечують необхідні властивості, і лабораторні кристали утворюються, як і в природі - з розчину, розплаву або з пари.

Застосування штучних кристалів

Застосування кристалів у науці та техніці настільки численні та різноманітні, що їх важко перерахувати. Тому обмежимося кількома прикладами.

Найтвердіший і рідкісний із природних мінералів - алмаз. Сьогодні алмаз насамперед камінь-працівник, а не камінь-прикраса. Завдяки своїй винятковій твердості алмаз грає величезну роль у техніці. Алмазними пилками розпилюють каміння. Алмазна пилка - це великий (до 2-х метрів у діаметрі) сталевий диск, що обертається, на краях якого зроблені надрізи або зарубки. Дрібний порошок алмазу, змішаний з якоюсь клейкою речовиною, втирають у ці надрізи. Такий диск, обертаючись із великою швидкістю, швидко розпилює будь-який камінь. Колосальне значення має алмаз при бурінні гірських порід, у гірничих роботах. Алмазним порошком шліфують і полірують тверде каміння, загартовану сталь. Сам алмаз можна різати, шліфувати та гравірувати теж лише алмазом. Найбільш відповідальні деталі двигунів в автомобільному та авіаційному виробництві обробляють алмазними різцями та свердлами.

Рубін і сапфір відносяться до найкрасивіших і найдорожчих з дорогоцінного каміння. У всіх цих каменів є й інші якості, скромніші, але корисні.

Є ще зовсім непоказний брат: бурий, непрозорий, дрібний корунд - наждак, яким чистять метал, із якого роблять наждачную шкірку. Корунд з усіма його різновидами - це один з найтвердіших каменів на Землі, найтвердіший після алмазу. Корундом можна свердлити, шліфувати, полірувати, точити камінь та метал. З корунду та наждака роблять точильні круги та бруски, шліфувальні порошки.

Вся промисловість працює на штучних рубінах. Нове життяРубіна - це лазер, чудовий прилад наших днів. У 1960р. було створено перший лазер на рубіні. Виявилося, що кристал рубіну посилює світло. Лазер світить яскравіше за тисячу сонців. Потужний промінь - величезний потужністю. Він легко пропалює листовий метал, зварює металеві дроти, пропалює металеві труби, свердлить найтонші отвори у твердих сплавах, алмазі. Ці функції виконує твердий лазер, де використовується рубін та гранат. В очній хірургії застосовується найчастіше лазери на рубіні.

Сапфір прозорий, тому з нього виготовляють пластини для оптичних приладів.

Кремінь, аметист, яшма, опал, халцедон – все це різновиди кварцу. Дрібні зернятка кварцу утворюють пісок. А найкрасивіший, найчудовіший різновид кварцу - це і є гірський кришталь, тобто. прозорі кристали кварц. Тому із прозорого кварцу роблять лінзи, призми та ін. деталі оптичних приладів. Особливо дивовижні електричні властивості кварцу. Якщо стискати чи розтягувати кристал кварцу, з його гранях виникають електричні заряди.

Також кристали широко застосовуються для відтворення, запису та передачі звуку. Існують і кристалічні методи вимірювання тиску крові в кровоносних судинах людини і тиску соків у стеблах і стовбурах рослин. Електрооптична промисловість – це промисловість кристалів. Вона дуже велика і різноманітна, на її заводах вирощують та обробляють сотні найменувань кристалів для застосування в оптиці, акустиці, радіоелектроніці, лазерній техніці.

У техніці знайшов своє застосування полікристалічний матеріал поляроїд. Поляроїдні плівки застосовуються в поляроїдних окулярах. Поляроїди гасять відблиски відбитого світла, пропускаючи все інше світло. Вони незамінні для полярників, яким постійно доводиться дивитися на сліпуче відображення сонячних променів від замерзлого снігового поля.

Поляроїдні скла допоможуть запобігти зіткненням зустрічних автомобілів, які дуже часто трапляються через те, що вогні зустрічної машини засліплюють шофера, і він не бачить цієї машини. Якщо ж вітрове скло автомобілів і скло автомобільних ліхтарів зробити з поляроїду, то вітрове скло не пропустить світла ліхтарів зустрічного автомобіля, "погасить його".