Употребите на кристалите в науката и технологиите са толкова многобройни и разнообразни, че е трудно да се изброят. Затова ще се ограничим до няколко примера.

Най-твърдият и най-редкият естествен минерал е диамантът. Днес диамантът е преди всичко камък за обработка, а не камък за декорация.

Поради изключителната си твърдост, диамантът играе огромна роля в технологиите. Диамантените триони се използват за рязане на камъни. Диамантеният трион е голям (до 2 метра в диаметър) въртящ се стоманен диск, по краищата на който се правят разрези или нарези. В тези разфасовки се втрива фин диамантен прах, смесен с малко лепило. Такъв диск, въртящ се с висока скорост, бързо реже всеки камък.

Диамантът е от огромно значение при пробиване на скали и при минни операции.

Диамантените върхове се вкарват в инструменти за гравиране, машини за разделяне, апарати за тестване на твърдост и свредла за камък и метал.

Диамантеният прах се използва за шлайфане и полиране на твърди камъни, закалена стомана, твърди и свръхтвърди сплави. Самият диамант може да бъде само шлифован, полиран и гравиран с диамант. Най-критичните части на двигателя в производството на автомобили и самолети се обработват с диамантени фрези и свредла.

Рубинът и сапфирът са сред най-красивите и най-скъпите скъпоценни камъни. Всички тези камъни имат други качества, по-скромни, но полезни. Кървавочервен рубин и син сапфир са братя и сестри, като цяло те са един и същ минерал - корунд, алуминиев оксид. Корундът с всичките му разновидности е един от най-твърдите камъни на Земята, най-твърдият след диаманта. Корундът може да се използва за пробиване, шлайфане, полиране, заточване на камък и метал. Шлифовъчните колела, точилните камъни и шлифовъчните прахове са направени от корунд и шмиргел.

Цялата часовникарска индустрия работи върху изкуствени рубини. Във фабриките за полупроводници най-добрите вериги се чертаят с рубинени игли.

В текстил и химическа индустрияВодачите за рубинени нишки изтеглят нишки от изкуствени влакна, найлон и найлон.

Нов живот ruby е лазер или, както се нарича в науката, оптичен квантов генератор (OQG), прекрасно устройство на наши дни. През 1960 г. е създаден първият рубинен лазер. Оказа се, че рубинения кристал усилва светлината. Лазерът свети по-ярко от хиляди слънца.

Мощният лазерен лъч има огромна сила. Лесно пропича ламарина, заварява метални проводници, пропича стоманени тръби и пробива най-фините отвори в твърди сплави и диамант. Лазерите се използват и в очната хирургия. Появиха се и нови лазерни кристали: флуорит, гранати, галиев арсенид и др.

Сапфирът е прозрачен, така че от него се правят пластини за оптични инструменти.

По-голямата част от сапфирените кристали отиват в полупроводниковата индустрия.

Кремък, аметист, яспис, опал, халцедон са всички разновидности на кварца. Малките зърна кварц образуват пясък. А най-красивата, най-прекрасната разновидност на кварца е планинският кристал, т.е. прозрачни кварцови кристали. Следователно лещите, призмите и другите части на оптичните инструменти се правят от прозрачен кварц.

Електрическите свойства на кварца са особено удивителни. Ако компресирате или разтегнете кварцов кристал, по краищата му се появяват електрически заряди. Това е пиезоелектричният ефект в кристалите.

Днес не само кварцът се използва като пиезоелектрик, но и много други, предимно изкуствено синтезирани вещества.

Пиезоелектричните кристали се използват широко за възпроизвеждане, запис и предаване на звук.

Съществуват и пиезоелектрични методи за измерване на кръвното налягане в кръвоносни съдовехората и налягането на соковете в стъблата и стволовете на растенията.

Поликристалният материал Polaroid също намери своето приложение в технологиите.

Polaroid е тънък прозрачен филм, изцяло пълен с малки прозрачни игловидни кристали от вещество. Полароидните филми се използват в полароидни очила. Полароидите премахват отблясъците на отразената светлина, позволявайки на цялата друга светлина да премине. Те са незаменими за полярните изследователи, които постоянно трябва да гледат ослепителното отражение на слънчевите лъчи от ледено снежно поле.

Очилата Polaroid ще помогнат за предотвратяване на сблъсъци с насрещни автомобили, които много често се случват поради факта, че светлините на насрещна кола заслепяват водача и той не вижда тази кола.

Кристалите изиграха важна роля в много технологични иновации на 20-ти век.

Полупроводниковите устройства, които направиха революция в електрониката, са направени от кристални вещества, главно силиций и германий. Полупроводниковите диоди се използват в компютри и комуникационни системи, транзисторите са заменили вакуумните тръби в радиотехниката, а слънчевите панели, поставени върху външната повърхност на космическите кораби, трансформират слънчева енергиякъм електрически.

По време на часовете

1. Организационен етап (1 мин.)

2. Представяне на нов материал (43 минути)

Физиката на твърдото тяло (отрасъл от физиката, който изучава структурата и свойствата на твърдите тела) е една от основите на съвременното технологично общество. По същество огромна армия от инженери по целия свят работи за създаване на твърди материали с определени свойства, необходими за използване в голямо разнообразие от машини, механизми и устройства в областта на комуникациите, транспорта и компютърните технологии. Днес в урока ще говорим за кристали. Нашата задача: да разберем как са структурирани кристалите; обясняват от физическа гледна точка разнообразието от техните форми и свойства; разгледайте методите за изкуствено отглеждане на кристали и начините за увеличаване на тяхната здравина; вижте как и защо кристалите се използват в бита и технологиите.

Кристалните вещества са тези, чиито атоми са подредени правилно, така че да образуват правилна триизмерна решетка, наречена кристален. Ред кристали химически елементии техните съединения имат забележителни механични, електрически, магнитни и оптични свойства. ( Слайдшоу „Разнообразие от кристали“.)

Основната разлика между кристалите и другите твърди тела е, както вече беше споменато, наличието на кристална решетка - колекция от периодично подредени атоми, молекули или йони.

Студентско съобщение. Руски учен Е. С. Федоровустанови, че в природата могат да съществуват само 230 различни пространствени групи, покриващи всички възможни кристални структури. Повечето от тях (но не всички) се срещат в природата или са създадени изкуствено. Кристалите могат да бъдат под формата на различни призми, чиято основа може да бъде правилен триъгълник, квадрат, успоредник и шестоъгълник. ( пързалка.)

Примери за прости кристални решетки: 1 – проста кубична; 2 – гранецентрирана кубика; 3 – телецентричен куб; 4 – шестоъгълник

Кристалните решетки на металите често имат формата на лицево-центриран (мед, злато) или обемно-центриран куб (желязо), както и на шестоъгълна призма (цинк, магнезий).

Класификацията на кристалите и обяснението на техните физични свойства може да се основава не само на формата на елементарната клетка, но и на други видове симетрия, например въртене около ос. Оста на симетрия е права линия, когато се завърти на 360°, около която кристалът се изравнява няколко пъти със себе си. Броят на тези комбинации се нарича ред на осите. Има кристални решетки с оси на симетрия от 2-ри, 3-ти, 4-ти и 6-ти ред. Възможна симетрия на кристалната решетка спрямо равнината на симетрия, както и комбинация различни видовесиметрия. ( пързалка.)

Повечето кристални твърди вещества са поликристали, т.к При нормални условия е доста трудно да се отглеждат монокристали, всички видове примеси пречат на това. В светлината на нарастващата нужда от технологии за кристали с висока чистота, науката е изправена пред въпроса за разработване на ефективни методи за изкуствено отглеждане на монокристали на различни химични елементи и техните съединения.

Студентско съобщение. Има три начина за образуване на кристали: кристализация от стопилка, от разтвор и от газова фаза. Пример за кристализация от стопилка е образуването на лед от вода (все пак водата е разтопен лед), както и образуването на вулканични скали. Пример за кристализация от разтвор в природата е утаяването на стотици милиони тонове сол от морската вода. Когато газ (или пара) се охлади, електрическите сили на привличане принуждават атомите или молекулите да се съберат в кристално твърдо вещество - образуват се снежинки.

Най-често срещаните методи за изкуствено отглеждане на монокристали са кристализация от разтвор и от стопилка. В първия случай кристалите растат от наситен разтвор с бавно изпаряване на разтворителя или с бавно понижаване на температурата. Този процес може да се демонстрира в лаборатория с воден разтвор на готварска сол. Ако водата се остави да се изпари бавно, разтворът в крайна сметка ще се насити и по-нататъшното изпаряване ще доведе до утаяване на сол.

Ако твърдо вещество се нагрее, то ще се превърне в течно състояние– стопявам. Трудностите при отглеждането на монокристали от стопилка са свързани с високите температури на топене. Например, за да получите рубинен кристал, трябва да разтопите прах от алуминиев оксид и за това трябва да го загреете до температура от 2030 ° C. Прахът се изсипва на тънка струйка в кислородно-водороден пламък, където се разтапя и пада на капки върху прът от огнеупорен материал. Единичен кристал от рубин постепенно расте върху тази пръчка.

3. Приложение на кристали

1. Диамант. Около 80% от всички добивани естествени диаманти и всички изкуствени диаманти се използват в промишлеността. Диамантените инструменти се използват за обработка на части от най-твърди материали, за пробиване на кладенци при проучване и добив на минерални ресурси и служат като опорни камъни в хронометри от висок клас за морски съдове и други високо прецизни инструменти. Диамантените лагери не показват износване дори след 25 милиона оборота. Високата топлопроводимост на диаманта позволява да се използва като топлоотвеждаща подложка в полупроводникови електронни микросхеми.

Разбира се, диамантите се използват и в бижутерията - това са диаманти.

2. Рубин. Високата твърдост на рубините или корунда е довела до широкото им използване в индустрията. 1 кг синтетичен рубин дава приблизително 40 000 камъка за поддържане на часовници. Рубинените направляващи пръти се оказаха незаменими във фабриките за химически влакна. Те практически не се износват, докато водачите на резба, изработени от най-твърдото стъкло, се износват за няколко дни, когато през тях се издърпа изкуствено влакно.

Нови перспективи за широкото използване на рубините в научните изследвания и технологиите се откриха с изобретяването на рубинен лазер, при който рубинен прът служи като мощен източник на светлина, излъчвана под формата на тънък лъч.

3. . Това са необичайни вещества, които съчетават свойствата на кристално твърдо вещество и течност. Като течности те са течни, като кристалите имат анизотропия. Структурата на молекулите на течните кристали е такава, че краищата на молекулите взаимодействат много слабо помежду си, докато в същото време страничните повърхности взаимодействат много силно и могат здраво да държат молекулите в един ансамбъл.

Течни кристали: смектични (вляво) и холестерични (вдясно)

Холестеричните течни кристали представляват най-голям интерес за технологиите. При тях посоката на молекулярните оси във всеки слой е малко по-различна една от друга. Ъглите на въртене на осите зависят от температурата, а цветът на кристала зависи от ъгъла на въртене. Тази зависимост се използва в медицината: можете директно да наблюдавате разпределението на температурата върху повърхността на човешкото тяло и това е важно за идентифициране на огнищата на възпалителния процес, скрити под кожата. За изследване се произвежда тънък полимерен филм с микроскопични кухини, пълни с холестерин. При нанасяне на такъв филм върху тялото се получава цветен дисплей на разпределението на температурата. Същият принцип се използва в течнокристалните термометри.

Течните кристали са най-широко използвани в буквено-цифрови индикатори на електронни часовници, микрокалкулатори и др. Желаното число или буква се възпроизвежда с помощта на комбинация от малки клетки, направени под формата на ивици. Всяка клетка е пълна с течен кристал и има два електрода, към които се подава напрежение. В зависимост от напрежението определени клетки “светят”. Индикаторите могат да бъдат направени изключително миниатюрни и консумират малко енергия.

Течните кристали се използват в различни видовеконтролирани екрани, оптични щори, плоски телевизионни екрани.

4. полупроводници. Изключителна роля играят кристалите в съвременната електроника. Много вещества в кристално състояние не са толкова добри проводници на електричество като металите, но не могат да бъдат класифицирани и като диелектрици, т.к. Те също не са добри изолатори. Такива вещества се класифицират като полупроводници. Това са повечето вещества, чиято обща маса е 4/5 от масата на земната кора: германий, силиций, селен и др., много минерали, различни оксиди, сулфиди, телуриди и др.

Най-характерното свойство на полупроводниците е рязката зависимост на тяхното електрическо съпротивление под въздействието на различни външни влияния: температура, осветление. На това явление се основава работата на устройства като термистори и фоторезистори.

Чрез комбиниране на полупроводници с различни видове проводимост е възможно електрическият ток да се предава само в една посока. Това свойство се използва широко в диоди и транзистори.

Изключително малкият размер на полупроводниковите устройства, понякога само няколко милиметра, издръжливостта, дължаща се на факта, че свойствата им се променят малко с времето, и способността лесно да променят тяхната електрическа проводимост отварят широки перспективи за използването на полупроводници днес и в бъдеще .

5. Полупроводници в микроелектрониката. Интегралната схема е съвкупност от голям брой взаимосвързани компоненти - транзистори, диоди, резистори, кондензатори, свързващи проводници, произведени на един чип. При производството на интегрална схема слоеве от примеси, диелектрици и слоеве метал се отлагат последователно върху полупроводникова плоча (обикновено силициеви кристали). В резултат на това на един чип се формират няколко хиляди електрически микроустройства. Размерите на такава микросхема обикновено са 5–5 mm, а отделните микроустройства са около 10–6 m.

IN напоследъкВсе по-често те започват да обсъждат възможността за създаване на електронни микросхеми, в които размерите на елементите ще бъдат сравними с размерите на самите молекули, т.е. около 10 –9 –10 –10 м. За да направите това, малки количества атоми или молекули от други вещества се напръскват върху почистената повърхност на никелов или силициев монокристал с помощта на тунелен микроскоп. Повърхността на кристала се охлажда до –269 °C, за да се елиминират забележимите движения на атомите, дължащи се на топлинно движение. Поставянето на отделни атоми на определени места отваря фантастични възможности за създаване на хранилища за информация на атомно ниво. Това вече е границата на „миниатюризацията“.

6. Волфрам и молибден. На съвременно ниво техническо развитиеСкоростите на нагряване и охлаждане на частите на инструментите и машините рязко се увеличиха, а температурният диапазон, при който те трябва да работят, се увеличи значително. Много често са необходими дълги периоди на работа при много високи температури, в агресивни среди. Необходими са и машини, които могат да издържат на голям брой температурни цикли.

При такива трудни условия на работа части и цели възли на много машини и устройства се износват много бързо, напукват се и се разрушават. Огнеупорните метали, като молибден и волфрам, се използват широко за работа при високи температури. Монокристалите на волфрам и молибден, получени чрез зоново топене, се използват за производството на дюзи на реактивни и прямоточно реактивни двигатели, обшивки на ракетни глави, йонни двигатели, турбини, атомни електроцентрали и много други устройства и механизми. Поликристалният волфрам и молибден се използват за производството на аноди, катоди, нишки в лампи и високотемпературни електрически пещи.

7. Кварц. Това е силициев диоксид, един от най-често срещаните минерали в земната кора, по същество пясък. Естествените кварцови кристали варират по размер от песъчинки до няколко десетки сантиметра; има кристали с размер до един метър или повече. Чистият кварцов кристал е безцветен. Незначителните чужди примеси причиняват различни цветове. Прозрачните безцветни кристали са скален кристал, лилавите са аметист, а опушените са раухтопаз. Оптичните свойства на кварца доведоха до широкото му използване в производството на оптични прибори: от него се правят призми за спектрографи и монохроматори. Кварцът, за разлика от стъклото, пропуска добре ултравиолетовото лъчение, така че от него се правят специални лещи, използвани в ултравиолетовата оптика.

Кварцът има и пиезоелектрични свойства, т.е. способен да се трансформира механично въздействиев електрическо напрежение. Благодарение на това свойство кварцът се използва широко в радиотехниката и електрониката - в честотни стабилизатори (включително часовници), всякакви филтри, резонатори и др. Кварцовите кристали се използват за възбуждане (и измерване) на малки механични и акустични влияния.

Тигли, съдове и други контейнери за химически лаборатории са направени от стопен кварц.

4. Методи за повишаване на якостта на твърдите тела

Стоманени рамки на сгради и мостове, релси са поликристални железници, машинни инструменти, части за машини и самолети. Стойностите на реалната и теоретичната сила се различават десетки, дори стотици пъти. Причината се крие в наличието на вътрешни и повърхностни дефекти в кристалните решетки.

За да се получат материали с висока якост, е необходимо да се отглеждат монокристали, които са възможно най-бездефектни. Това е много трудна задача. Повечето съвременни методи за укрепване на материалите се основават на различен метод: в кристала се създават бариери за движението на дефектите. Те могат да бъдат дислокации (нарушения на реда на подреждане на атомите в кристалната решетка) и други специално създадени дефекти.

Примери за точкови дислокации - нарушения на реда на подреждане на атомите в кристал

Такива методи включват например:

– легиране на стомана: малки добавки от хром или волфрам се въвеждат в стопилката и якостта се увеличава три пъти;

– високоскоростна кристализация: колкото по-бързо се отстранява топлината от втвърдения слитък, толкова по-малки са размерите на кристалите. В същото време се подобряват физическите и механичните характеристики. За бързо отстраняване на топлината разтопеният метал се напръсква във фин прах със струя неутрален газ, който след това се компресира при високо налягане и температура.

Статията е изготвена с подкрепата на фирма AVERS. Надеждност и качество са мотото на фирма AVERS. Фирма AVERS е специализирана в редица работи по водоснабдяване на частни и колективни обекти, поради което всяка поръчка трябва да бъде изпълнена добросъвестно. Отивайки в раздела: „пробиване на дълбоки кладенци“, можете да разберете за услугите и промоциите, предоставяни от компанията AVERS, както и да поръчате обратно обаждане, за да се свържете със специалист, който може да отговори на вашите въпроси. Във фирма АВЕРС работят само висококвалифицирани специалисти с богат опит в работата с клиенти.

Увеличаването на здравината на кристалните тела дава печалба в размера на различни агрегати, прави възможно намаляването на тяхната маса и увеличава Работна температураи увеличава експлоатационния живот.

5. Консолидация

Студентите са помолени да попълнят тестовата таблица „Използване на кристали в технологиите“. В края на урока, в резултат на самостоятелната работа на учениците, се показва експресен вестник, нарисуван от двама ученици по време на урока.

Литература

Учебник "Физика-10": Изд. А. А. Пински. – М: Образование, 2001.

Физическа енциклопедия, том 3: Изд. А. М. Прохорова. – М: Съветска енциклопедия, 1990.

Интернет ресурси.

Ирина Александровна Дороговцева е възпитаник на Държавния педагогически институт Комсомолск на Амур (1997 г.), учител по физика от най-висока квалификационна категория, 8 години педагогически опит. Участник във финала на професионалното състезание „Учител на годината 2003”. Дъщерята е на 4 години. Интересува се от компютърен дизайн, програмиране и научна фантастика.

Приложенията на кристалите в науката и технологиите са толкова многобройни и разнообразни, че е трудно да се изброят. Затова ще се ограничим до няколко примера.

Най-твърдият и най-редкият естествен минерал е диамантът.

Поради изключителната си твърдост, диамантът играе огромна роля в технологиите. Диамантените триони се използват за рязане на камъни. Диамантът е от огромно значение при пробиване на скали и при минни операции.

Диамантените върхове се вкарват в инструменти за гравиране, машини за разделяне, апарати за тестване на твърдост и свредла за камък и метал.

Диамантеният прах се използва за шлайфане и полиране на твърди камъни, закалена стомана, твърди и свръхтвърди сплави. Самият диамант може да бъде само шлифован, полиран и гравиран с диамант. Най-критичните части на двигателя в производството на автомобили и самолети се обработват с диамантени фрези и свредла.

Рубинът и сапфирът са сред най-красивите и най-скъпите скъпоценни камъни. Всички тези камъни имат други качества, по-скромни, но полезни.

Цялата часовникарска индустрия работи върху изкуствени рубини. Във фабриките за полупроводници най-добрите вериги се чертаят с рубинени игли. В текстилната и химическата промишленост водачите за рубинени нишки изтеглят нишки от изкуствени влакна, найлон и найлон.

Новият живот на рубина е лазер или, както се нарича в науката, оптичен квантов генератор (OQG). През 1960г Създаден е първият рубинен лазер. Оказа се, че рубинен кристал усилва светлината.За рубинен лазер най-малкият диаметър на светлинното петно ​​е приблизително 0,7 микрона. По този начин могат да се създадат изключително високи плътности на радиация. Тоест, концентрирайте енергията колкото е възможно повече. Мощен лазерен лъч с огромна мощност. Лесно пропича ламарина, заварява метални проводници, пропича метални тръби и пробива най-тънките отвори в твърди сплави и диамант. Тези функции се изпълняват от солиден лазер, използващ рубин, гранат и неодит. В очната хирургия най-често се използват неодинови лазери и рубинени лазери. Наземните системи с малък обсег често използват инжекционни лазери с галиев арсенид. Появиха се и нови лазерни кристали: флуорит, гранати, галиев арсенид и др.

Сапфирът е прозрачен, така че от него се правят пластини за оптични инструменти.

По-голямата част от сапфирените кристали отиват в полупроводниковата индустрия.

Кремък, аметист, яспис, опал, халцедон са всички разновидности на кварца. Следователно лещите, призмите и другите части на оптичните инструменти се правят от прозрачен кварц. Кварцовото стъкло има следните качества:

Висока равномерност и добра пропускливост в ултравиолетовия, видимия и близкия инфрачервен диапазон;

Без флуоресценция;

Нисък коефициент на топлинно разширение;

Висока устойчивост на механични повреди и термичен удар;

Нисък балон.

Електрическите свойства на кварца са особено удивителни. Ако компресирате или разтегнете кварцов кристал, по краищата му се появяват електрически заряди. Това е пиезоелектричният ефект в кристалите.

Днес като пиезоелектрици се използва не само кварцът, но и много други, предимно изкуствено синтезирани вещества: синя сол, бариев титанат, калиеви и амониеви дихидрогенфосфати (KDP и ADP) и много други.

Пиезоелектричните кристали се използват широко за възпроизвеждане, запис и предаване на звук.

Съществуват и пиезоелектрични методи за измерване на кръвното налягане в човешките кръвоносни съдове и налягането на соковете в стъблата и стволовете на растенията.Пиезоелектричните плочи измерват например налягането в цевта на артилерийско оръдие при изстрел, налягането в момента на експлозия на бомба, моментно налягане в цилиндрите на двигателя, когато горещи газове експлодират в тях.

Поликристалният материал Polaroid също намери своето приложение в технологиите.

Polaroid е тънък прозрачен филм, изцяло пълен с малки прозрачни игловидни кристали от вещество, което пречупва и поляризира светлината. Всички кристали са разположени успоредно един на друг, така че всички еднакво поляризират светлината, преминаваща през филма.

Полароидните филми се използват в полароидни очила. Полароидите премахват отблясъците на отразената светлина, позволявайки на цялата друга светлина да премине. Те са незаменими за полярните изследователи, които постоянно трябва да гледат ослепителното отражение на слънчевите лъчи от ледено снежно поле.

Течни кристали

Течните кристали са вещества, които едновременно притежават свойствата както на течности (течливост), така и на кристали (анизотропия). По структура течните кристали са желеобразни течности, състоящи се от продълговати молекули, подредени по определен начин в целия обем на тази течност. Най-характерното свойство на LC е способността им да променят ориентацията на молекулите под въздействието на електрически полета, което отваря широки възможности за тяхното използване в промишлеността. Според вида си течните кристали обикновено се разделят на две големи групи: нематици и смектици. От своя страна нематиците се делят на нематични и холестерични течни кристали.

Една от важните области на използване на течните кристали е термографията. Чрез избора на състава на течнокристалното вещество се създават индикатори за различни температурни диапазони и за различни дизайни. Например, течни кристали под формата на филм се прилагат към транзистори, интегрални схеми и печатни платки на електронни схеми. Дефектните елементи - много горещи или студени, неработещи - веднага се забелязват от ярки цветни петна. Лекарите получиха нови възможности: течнокристален индикатор върху кожата на пациента бързо диагностицира скрито възпаление и дори тумор.

Течните кристали се използват за откриване на изпарения на вредни химични съединения и опасни за човешкото здраве гама и ултравиолетови лъчения. На базата на течни кристали са създадени измерватели на налягане и ултразвукови детектори. Но най-обещаващата област на приложение на течнокристални вещества са информационните технологии. Само няколко години са минали от първите индикатори, познати на всички от цифровите часовници, до цветните телевизори с LCD екрани с размер на пощенска картичка. Такива телевизори осигуряват много висококачествени изображения, като същевременно консумират по-малко енергия.

Работата на всеки LCD панел се основава на принципа на промяна на прозрачността (по-точно промяна на поляризацията на предаваната светлина) на течните кристали под въздействието на електрически ток. В TFT матрица, слой от течни кристали се управлява от матрица от микроскопични транзисторни аналогови превключватели, по един превключвател за всеки пиксел на изображението, което прави възможно постигането на висока скорост на включване и изключване на точки и увеличаване на контраста на изображението. Тъй като самите течни кристали нямат цвят, цветният панел съдържа три слоя течни кристали (или специална еднослойна мозаечна структура) със съответните светлинни филтри за всеки цветен компонент (червен, зелен, син). Течните кристали не могат да светят сами, така че за да се даде на екрана обичайния светещ вид, зад LCD панела е инсталирана специална плоска лампа, която осветява екрана от задната страна. В резултат на това на потребителя изглежда, че матрицата „свети“, като обикновен CRT екран.

Видове ецване: сухо (плазма) и течно (в течни ецвачи, HF киселина). Предимствасухо ецване: способността да се контролира анизотропията, способността да се контролира селективността, слабата зависимост на ецването от адхезията на защитната маска към субстрата, не изисква последващи операции на измиване и сушене, по-икономично от ецване в течни реактиви. недостатъци: увреждане на повърхността на материалите поради бомбардиране от йони, електрони и фотони. Сухото ецване се разделя на:

Основни характеристики на сухото ецване: анизотропия– съотношението на скоростта на ецване на работния материал нормално спрямо повърхността на пластината към скоростта на нейното странично ецване; селективност– съотношението на скоростите на ецване на различни материали (например работник и маска) при едни и същи условия.

Йонно ецване– процес, при който повърхностните слоеве на материалите се отстраняват само чрез физическо пръскане. Разпрашването се извършва от енергийни йони на газове, които не влизат химична реакцияс материала, който се обработва (обикновено йони на инертни газове). Ако обработваният материал е поставен върху електроди или държачи в контакт с разрядната плазма, тогава ецването при такива условия се нарича йонно-плазмен. Ако материалът се постави в зона за вакуумна обработка, отделена от плазмената зона, тогава ецването се нарича ецване с йонен лъч.

IN плазмохимиченПри ецването повърхностните слоеве на материалите се отстраняват само в резултат на химични реакции между химически активни частици и атоми на ецваното вещество. Ако обработваният материал е в областта на разрядната плазма, тогава се нарича ецване плазма.В този случай реакциите на химическо ецване на повърхността на материала ще бъдат активирани чрез бомбардиране на нискоенергийни електрони и йони, а също и фотонно бомбардиране. Ако материалът се намира в зона за вакуумна обработка, обикновено наричана реакционна зона и отделена от плазмената област, тогава ецването се извършва с химически активни частици без активиране чрез електронно и йонно бомбардиране, а в някои случаи, при липса на експозиция към фотони. Това гравиране се нарича радикален.

Плазмата се използва в три основни процеса: за ецване на материали, за разпръскване на тънки филми (други материали) върху повърхността на материалите и за легиране (имплантиране) на други частици вътре в материала.

Съвременно приложение на плазмените технологии.Основният процес във фотолитографската технология (ецване на метал, плазмено опепеляване, плазмено отстраняване на измет (премахване на съпротивление))! Също така се използва в технологии за създаване: NEMS, MEMS, микроелектроника, наноелектроника, жироскопи, акселерометри, полимерно ецване, полимерни микроструктури, керамични микроструктури, технологии за дълбоко ецване (с високо аспектно съотношение: съотношението между размера на характерен елемент и дълбочината на ецване) .

Фетисов Николай

Светът около нас се състои от кристали, можем да кажем, че живеем в свят от кристали. Жилищни сгради и промишлени конструкции, самолети и ракети, моторни кораби и дизелови локомотиви, скали и минерали са съставени от кристали. Ядем кристали, лекуваме се с тях и отчасти сме направени от кристали.

И така, какво представляват кристалите? Какви свойства притежават? Как растат кристалите? Как и къде се използват в момента и какви са перспективите за тяхното използване в бъдеще? Тези въпроси ме вълнуваха и се опитах да намеря отговори на тях.

Изтегли:

Преглед:

11-ТА НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКА КОНФЕРЕНЦИЯ НА КУЗНЕЦКИ ОКРУГ „ОТВОРЕН СВЯТ“

СЕКЦИЯ ПО ФИЗИКА

Основни приложения изкуствени кристали

Изпълнено от ученик от 8 клас

Фетисов Николай

Ръководител Sizochenko A.I.,

Учител по физика

Общинско средно образование

Установяване

„Основно общо образование

Училище № 24"

Новокузнецк, 2014 г

Въведение………………………………………………………2

1. Основна част

1.1. Концепцията за кристал…………………………..……..4

1.2. Монокристали и поликристали........................4

1.3. Методи за отглеждане на кристали………….…5

1.4. Приложение на кристали…………………..………7

2. Практическа част

2.1. Отглеждане на кристали у дома

Условия…………………………………………...9

3. Заключение………………………………………….…11

Библиография..…………………………………………………………………...13

Приложения………………………….………………………..14-15

Въведение

Като вълшебен скулптор

Светли ръбове на кристали

Прави безцветен разтвор.

Н.А.Морозов

Светът около нас се състои от кристали, можем да кажем, че живеем в свят от кристали. Жилищни сгради и промишлени конструкции, самолети и ракети, моторни кораби и дизелови локомотиви, скали и минерали са съставени от кристали. Ядем кристали, лекуваме се с тях и отчасти сме направени от кристали.

Кристалите са вещества, в които най-малките частици са „опаковани“ в определен ред. В резултат на това, докато кристалите растат, на повърхността им спонтанно се появяват плоски ръбове, а самите кристали придобиват различни геометрични форми.

Изявление на академик A.E. Ферсман „Почти целият свят е кристален. Светът се управлява от кристала и неговите твърди, линейни закони” е в съответствие с научния интерес на учените по света към този обект на изследване.

Съвременната индустрия не може без голямо разнообразие от кристали. Използват се в часовници, транзисторни радиоприемници, компютри, лазери и много други. Голямата лаборатория - природата - вече не може да задоволи търсенето на развиващите се технологии и затова изкуствените кристали се отглеждат в специални фабрики: малки, почти незабележими, и големи, тежащи няколко килограма.

Хората са се научили да получават много скъпоценни камъни изкуствено. Например, лагерите за часовници и други прецизни инструменти отдавна са направени от изкуствени рубини. По изкуствен път се получават и красиви кристали, които изобщо не съществуват в природата - фианитите. Трудно е да се разграничат кубичните цирконии от диамантите по око - те играят толкова красиво на светлината.

И така, какво представляват кристалите? Какви свойства притежават? Как растат кристалите? Как и къде се използват в момента и какви са перспективите за тяхното използване в бъдеще? Тези въпроси ме вълнуваха и се опитах да намеря отговори на тях.

Работата ми е изследователска, тъй като при изпълнението й се използват знания по няколко учебни предмета: физика, химия, биология, информатика. В резултат на дейността създадох презентация „Кристали и техните приложения“, която може да се използва в уроците по физика и химия като нагледно помагало и кристали, отгледани от меден сулфат и готварска сол.

Мишена:

Определете основните области на приложение на изкуствени кристали и тествайте експериментално възможността за отглеждане на кристали от трапезна сол и меден сулфат без използване на специално оборудване.

За да постигна тази цел, се сблъсках със следното

задачи:

• Събирайте материали за кристалите и техните свойства от литературни и интернет източници.
• Провеждайте експерименти за отглеждане на кристали от меден сулфат и готварска сол.
• Систематизирайте материала за кристалите: използването на изкуствени кристали и методите за тяхното отглеждане.
• Създайте презентация „Кристали и техните приложения” с образователна цел.

1. Главна част

1. Кристална концепция

Кристал (от гръцки krystallos - „прозрачен лед“) първоначално се е наричал прозрачен кварц (скален кристал), открит в Алпите. Планинският кристал погрешно е смятан за лед, втвърден от студа до такава степен, че вече не се топи. Първоначално основна характеристикаКристалът се виждаше в неговата прозрачност и тази дума се използваше за прилагане на всички прозрачни естествени твърди тела. По-късно започнаха да произвеждат стъкло, което не отстъпваше по блясък и прозрачност на естествените вещества. Предметите, направени от такова стъкло, също се наричат ​​​​"кристал". И днес стъклото със специална прозрачност се нарича кристал, а „вълшебната“ топка на гадателите се нарича кристална топка.

Удивителна характеристика на планинския кристал и много други прозрачни минерали са техните гладки, плоски ръбове. В края на 17в. беше забелязано, че има известна симетрия в тяхното разположение и беше установено, че някои непрозрачни минерали имат естествен правилен срез. Възникна предположение, че формата може да е свързана с вътрешна структура. Впоследствие всичко започва да се нарича кристали. твърди вещества, с естествена равна кройка.

В оръжейната има дрехи и корони на руски царе, изцяло обсипани с кристали - скъпоценни камъни - аметисти. В църквите иконите и олтарите са били украсени с аметисти.

Най-известните кристали са диамантите, които след рязане се превръщат в диаманти. Хората се опитват да разгадаят мистерията на тези камъни в продължение на много векове и когато установиха, че диамантът е вид въглерод, никой не повярва.

Решаващият експеримент е извършен през 1772 г. от френския химик Лавоазие. В природата диамантите се образуват в дълбините на земята при много високи температури и налягания. Учените успяха да създадат условия в лабораторията, при които диамантите могат да бъдат получени от графит само 200 години по-късно. Сега се произвеждат десетки тонове изкуствени диаманти. Сред тях има диаманти за ювелирни цели, но по-голямата част от тях се използват за направата на различни инструменти.

1. Монокристали и поликристали

Кристалните тела могат да бъдат монокристали или поликристали. Единичен кристал се нарича монокристал, имащ макроскопична подредена кристална решетка. Имат геометрично правилна външна форма, но тази характеристика не е задължителна.

Поликристалите са хаотично ориентирани малки слети кристали - кристалити.

1. Методи за отглеждане на кристали

В лабораторията кристалите се отглеждат при внимателно контролирани условия, за да се осигурят желаните свойства, но по принцип лабораторните кристали се образуват по същия начин, както в природата – от разтвор, стопилка или пара. По този начин се отглеждат пиезоелектрични кристали от Рошелска сол воден разтворпри атмосферно налягане. Големи кристали от оптичен кварц също се отглеждат от разтвор, но при температури 350–450О С и налягане 140 MPa. Рубините се синтезират при атмосферно налягане от прах от алуминиев оксид, разтопен при температура 2050О C. Кристалите от силициев карбид, използвани като абразив, се получават от изпаренията в електрическа пещ.

Първият монокристал, получен в лабораторията, е рубин. За да се получи рубин, смес от безводен двуалуминиев оксид, съдържаща по-голяма или по-малка смес от калий каустик с бариев флуорид и дихромоколиева сол, се нагрява. Последният се добавя за оцветяване на рубина и се взема малко количество алуминиев оксид. Сместа се поставя в глинен тигел и се нагрява (от 100 часа до 8 дни) в реверберационни пещи при температури до 1500О В. В края на експеримента в тигела се появява кристална маса, а стените са покрити с рубинени кристали с красив розов цвят.

Вторият често срещан метод за отглеждане на кристали от синтетични скъпоценни камъни е методът на Чохралски. Той е следният: стопилката на веществото, от което се предполага, че кристализират камъните, се поставя в огнеупорен тигел, изработен от огнеупорен метал (платина, родий, иридий, молибден или волфрам) и се нагрява във високочестотен индуктор. . Зародиш от материала на бъдещия кристал се спуска в стопилката на изпускателен вал и върху него се отглежда синтетичен материал до необходимата дебелина. Валът със семето се изтегля постепенно нагоре със скорост 1-50 mm/h с едновременно нарастване при скорост на въртене 30-150 rpm. Завъртете вала, за да изравните температурата на стопилката и да осигурите равномерно разпределение на примесите. Диаметърът на кристалите е до 50 мм, дължина до 1 м. По метода на Чохралски се отглеждат синтетичен корунд, шпинел, гранати и други изкуствени камъни.

Кристалите могат да растат и при кондензация на пара - така се получават шарки на снежинки върху студено стъкло. Когато металите се изместват от солните разтвори с помощта на по-активни метали, също се образуват кристали. Например, потопете железен пирон в разтвор на меден сулфат, той ще се покрие с червен слой мед. Но получените медни кристали са толкова малки, че могат да се видят само под микроскоп. Медта се освобождава на повърхността на нокътя много бързо, така че нейните кристали са твърде малки. Но ако процесът се забави, кристалите ще се окажат големи. За да направите това, покрийте медния сулфат с дебел слой готварска сол, поставете върху него кръг от филтърна хартия, а отгоре - желязна плоча с малко по-малък диаметър. Остава само да налеете наситен разтвор на готварска сол в съда. Медният сулфат ще започне бавно да се разтваря в саламура. Медните йони (под формата на зелени комплексни аниони) ще дифундират нагоре много бавно в продължение на много дни; процесът може да се наблюдава от движението на цветната граница. Достигайки желязната плоча, медните йони се редуцират до неутрални атоми. Но тъй като този процес протича много бавно, медните атоми се подреждат в красиви блестящи кристали. Понякога тези кристали образуват разклонения - дендрити.

1. Приложение на кристали.

Естествените кристали винаги са будили любопитството на хората. Техният цвят, блясък и форма докоснаха човешкото усещане за красота и хората украсяваха себе си и домовете си с тях. От дълго време суеверията са свързани с кристалите; подобно на амулетите, те трябвало не само да защитават притежателите си от зли духове, но и да им дават сила свръхестествени сили. По-късно, когато същите минерали започнаха да се режат и полират като скъпоценни камъни, много суеверия бяха запазени в „щастливите“ талисмани и „собствените камъни“, съответстващи на месеца на раждане. Всички естествени скъпоценни камъни с изключение на опала са кристални и много от тях, като диамант, рубин, сапфир и изумруд, се намират като красиво шлифовани кристали.Кристални бижутаса толкова популярни сега, колкото са били през неолита.

Базирайки се на законите на оптиката, учените търсели прозрачен, безцветен и бездефектен минерал, от който чрез шлайфане и полиране могат да се направят лещи. Неоцветените кварцови кристали имат необходимите оптични и механични свойства ипървите лещи, включително и за очила, бяха направени от тях. Дори след появата на изкуственото оптично стъкло необходимостта от кристали не изчезна напълно; Кристалите от кварц, калцит и други прозрачни вещества, които пропускат ултравиолетово и инфрачервено лъчение, все още се използват за направата на призми и лещи за оптични устройства.

Кристалите изиграха важна роля в много технически иновации на 20-ти век. Някои кристали генерират електрически зарядкогато се деформира. Първата им значителна употреба бешепроизводство на радиочестотни генератори със стабилизация от кварцови кристали.Чрез принуждаване на кварцова плоча да вибрира в електрическото поле на радиочестотна осцилаторна верига е възможно да се стабилизира честотата на приемане или предаване.

Полупроводниковите диоди се използват в компютри и комуникационни системи, транзисторите заменят вакуумните тръби в радиотехниката, а слънчевите панели, поставени на външната повърхност на космическите кораби, преобразуват слънчевата енергия в електрическа. Полупроводниците също се използват широко в AC-DC преобразуватели.

Кристалите с пиезоелектрични свойства се използват в радиоприемници и предаватели, в приемни глави и в сонари. Някои кристали модулират светлинните лъчи, докато други генерират светлина под въздействието на приложено напрежение. Списъкът с приложения на кристалите вече е доста дълъг и непрекъснато се разраства.

Изкуствени кристали.От дълго време човекът мечтае да синтезира камъни, които са също толкова скъпоценни, колкото тези, които се срещат в природата. До 20 век подобни опити бяха неуспешни. Но през 1902гуспя да получи рубини и сапфири, притежаващ свойствата на естествените камъни. По-късно, в края на 1940 г., имашесинтезирани изумруди, а през 1955 г. компанията General Electric и Физическият институт на Академията на науките на СССР съобщават за производствотоизкуствени диаманти.

Много технологични нужди от кристали са стимулирали изследване на методи за отглеждане на кристали с предварително определени химични, физични и електрически свойства. Усилията на изследователите не бяха напразни и бяха открити методи за отглеждане на големи кристали от стотици вещества, много от които нямат естествен аналог. Често се среща в природата твърди вещества, имащи формата на правилни многостени. Такива тела се наричаха кристали. Изследването на физичните свойства на кристалите показа, че геометрично правилната форма не е основната им характеристика.

Това е напълно в съответствие с неувяхващия научен интерес на учени от цял ​​свят и всички области на знанието към този обект на изследване. В края на 60-те години на миналия век започва сериозен научен пробив в областтатечни кристали, което доведе до „индикаторната революция“ за замяна на стрелковите механизми със средства за визуално показване на информация. По-късно в науката навлиза понятието биологичен кристал (ДНК, вируси и др.), а през 80-те години на ХХ век – фотонен кристал.

1. Практическа част

1. Отглеждане на кристали у дома

Отглеждането на кристали е много интересен процес, но доста дълъг и труден.

Полезно е да знаете какви процеси контролират растежа му; Защо различни веществаобразуват кристали с различни форми, а някои изобщо не ги образуват; какво трябва да се направи, за да станат големи и красиви.

Опитах се да намеря отговор на тези въпроси в работата си.

Ако кристализацията протича много бавно, се получава един голям кристал (или монокристал), ако е бърза, тогава се получават много малки.

Отглеждах кристали у дома по различни начини.

Метод 1 . Охлаждане на наситен разтвор на меден сулфат. С понижаване на температурата разтворимостта на веществата намалява и те се утаяват. Първо в разтвора и по стените на съда се появяват малки кристални ядра. Когато охлаждането е бавно и в разтвора няма твърди примеси, се образуват много ядра, които постепенно се превръщат в красиви кристали с правилна форма. При бързо охлаждане се появяват много малки кристали, почти никой от тях няма правилна форма, защото има много от тях, които растат и си пречат.

За да отгледам кристал от меден сулфат, направих свръхнаситен разтвор:

1. За да направя това, взех топла вода, разтворих в нея витриол и го добавих, докато спре да се разтваря.

2. Пресипете през филтър (марля) в друг чист съд. Залях съда с вряща вода, за да предотвратя бързата кристализация на разтвора по мръсните стени.

3. Подготвени семена.

4. Завързах го за конец и го спуснах в разтвора.

За да може кристалът да расте равномерно от всички страни, е по-добре да държите семето (малък кристал) суспендиран в разтвора. За да направя това, направих джъмпер от стъклена пръчка. Между другото, препоръчително е да вземете гладка, тънка нишка, може би коприна, така че върху нея да не се образуват ненужни малки кристали. След това поставям разтвора си на топло място. Бавното охлаждане е много важно (за да получите голям кристал). Кристализацията може да се види в рамките на няколко часа. Периодично трябва да промените или актуализирате наситения разтвор, както и да почистите малки кристали от нишката. (Приложение 1)

Метод 2 - постепенно отстраняване на водата от наситен разтвор.

В този случай колкото по-бавно се отстранява водата, толкова по-добър е резултатът. Оставих отворен съд с разтвор на готварска сол ( готварска сол) при стайна температура в продължение на 14 дни, покривайки го с лист хартия - водата се изпарява бавно и прахът не попада в разтвора. Растящият кристал се суспендира в наситен разтвор върху тънка здрава нишка. Кристалът се оказа голям, но безформен - аморфен. (Приложение 1)

Отглеждането на кристали е интересен процес, но изисква внимателен и внимателен подход към вашата работа. Теоретично размерът на кристала, който може да се отглежда у дома по този начин, е неограничен. Известни са случаи, когато ентусиастите получават кристали с такъв размер, че могат да бъдат повдигнати само с помощта на своите другари.

Но, за съжаление, има някои особености на тяхното съхранение. Например, ако кристал от стипца се остави отворен на сух въздух, той постепенно ще загуби водата, която съдържа, и ще се превърне в незабележим сив прах. За да го предпазите от разрушаване, можете да го покриете с безцветен лак. Медният сулфат и готварската сол са по-стабилни и можете безопасно да работите с тях.

Миналата година, в 7 клас, в урок по химия, докато изучавахме темата „Явления, протичащи с вещества“, отглеждахме кристали, много хора не успяха в този експеримент. Тази година казах на децата от 7 клас как да се справят правилно с тази задача и те направиха това (вижте Приложение 2).

Заключение

всичко физични свойства, благодарение на които кристалите са толкова широко използвани, зависят от тяхната структура - тяхната пространствена решетка.

Наред с кристалите в твърдо състояние, понастоящем широко се използват течни кристали, а в близко бъдеще ще използваме устройства, изградени върху фотонни кристали.

Избрах най-подходящия метод за отглеждане на кристали у дома и отгледах кристали от сол и меден сулфат. Докато кристалите растяха, той правеше наблюдения и записваше промени.

Кристалите са красиви, може да се каже някакво чудо, те те привличат; Казват „човек с кристална душа“ за някой, който има чиста душа. Кристал означава да блестиш със светлина като диамант. И ако говорим за кристали с философска нагласа, тогава можем да кажем, че това е материал, който е междинна връзка между живата и неживата материя. Кристалите могат да възникват, да стареят и да се срутват. Кристалът, когато расте върху семе (върху ембрион), наследява дефектите на същия този ембрион. Но ако говорим съвсем сериозно, сега, може би, е невъзможно да се назове нито една дисциплина, нито една област на науката и технологиите, които биха могли да се справят без кристали. Лекарите се интересуват от средата, в която се случва кристализацията на камъните в бъбреците, а фармацевтите се интересуват от таблетки, които представляват пресовани кристали. Абсорбцията и разтварянето на таблетките зависи от това с какви ръбове са покрити тези микрокристали. Витамините, миелиновата обвивка на нервите, протеините и вирусите са кристали.

Кристалът има чудотворни свойства, той изпълнява различни функции. Тези свойства са присъщи на неговата структура, която има триизмерна решетъчна структура. Кристалографията не е нова наука. М. В. Ломоносов стои в началото му. Отглеждането на кристали стана възможно благодарение на изследването на минералогичните данни за образуването на кристали в естествени условия. Изучавайки природата на кристалите, те определят състава, от който израстват, и условията за растежа им. И сега тези процеси се имитират, като се получават кристали с определени свойства. В производството на кристали участват химици и физици. Ако първите развиват технология за растеж, вторите определят техните свойства. Могат ли да се различат изкуствените кристали от естествените? Например, изкуственият диамант все още е по-нисък от естествения диамант по качество, включително блясък. Изкуствените диаманти не предизвикват бижутерска радост, но са напълно подходящи за използване в техниката и в този смисъл са наравно с естествените. Отново нахални производители (така се наричат ​​химици, които отглеждат изкуствени кристали) са се научили да отглеждат най-фините кристални игли с изключително висока якост. Това се постига чрез манипулиране на химията на средата, температура, налягане и излагане на някои други допълнителни условия. И това вече е цяло изкуство, творчество, майсторство - точните науки няма да помогнат тук.

Темата „Кристали“ е актуална и ако се задълбочите в нея и се задълбочите, тя ще бъде интересна за всички, ще даде отговори на много въпроси и най-важното - неограниченото използване на кристали. Кристалите са мистериозни в своята същност и толкова необикновени, че в моята работа само разказах малка часткакво се знае за кристалите и техните текущи приложения. Може да се окаже, че кристалното състояние на материята е стъпката, която обедини неорганичния свят със света на живата материя. Бъдеще най-новите технологииспада към кристали и кристални агрегати!

Въз основа на моето проучване стигнах до следните заключения:изводи:

• Изкуствено отгледаните кристали се използват в най-различни области: медицина, радиотехника, самолетостроене, оптика и много други.
• Периодът за получаване на изкуствени кристали е много по-кратък от процеса на естественото им образуване. Което ги прави по-достъпни за използване.
• Можете да отглеждате кристали у дома дори за кратко време.

Библиография

1. Химия. Въвеждащ курс. 7 клас: учебен. Полза / O.S. Габриелян, И.Г. Остроумов, А.К. Ахлебинин. – 6-то изд., М.: Дропла, 2011.
2. Химия. 7 клас: работна тетрадка за учебникОПЕРАЦИОННА СИСТЕМА. Габриелян и др. “Химия. Въвеждащ курс. 7 клас”/ О.С. Габриелян, Г.А. Шипарева. – 3-то изд., - М.: Bustard, 2011.
3. Ландау Л.Д., Китайгородски А.И. Физика за всеки, книга 2. Молекули.- М., 1978.
4. Енциклопедичен речник на млад химик. / Comp. В.А. Крицман, В. В. Станзо.-М., 1982.
5. Енциклопедия за деца. Том 4. Геология. / Comp. С.Т. Исмаилова.-М., 1995.
6. Интернет ресурси:

http://www.krugosvet.ru – Енциклопедия около света.

http://ru.wikipedia.org/ - Енциклопедия на Уикипедия.

http://www.kristallikov.net/page6.html - как да отгледаме кристал.

Приложение 1.

Дневник за наблюдение

Приложение 2

Кристали, отгледани от седмокласници

Надписи на слайдове:

Приложения на кристали
Декорации
Лещи
Подготви семето

Мишена
: определете основните области на приложение на изкуствени кристали и тествайте експериментално възможността за отглеждане на кристали от трапезна сол и меден сулфат без използване на специално оборудване.
Задачи:

Съберете материал за кристалите и техните свойства.
Провеждайте експерименти за отглеждане на кристали от меден сулфат и готварска сол.
Систематизира материал за кристалите: физични свойства на кристалите и техните приложения.
Създайте презентация „Кристали и тяхното приложение“.
2. Изместване на метали от солни разтвори с помощта на по-активни метали.
Разтворът се прекарва през филтър
Благодаря за вниманието
Основни приложения на изкуствените кристали
Изпълнено от ученик от 8 клас
Фетисов Николай
Ръководител
Сизоченко
ИИ ,
Учител по физика
Общинско средно образование
Установяване
„Основно общо образование
Училище № 24"
Новокузнецк, 2014 г
заключения
Изкуствено отгледаните кристали се използват в различни области: медицина, радиотехника,
кола-самолет
структура, оптика и много други.
Периодът за получаване на изкуствени кристали е много по-кратък от процеса на естественото им образуване. Което ги прави по-достъпни за използване.
Можете да отглеждате кристали у дома дори за кратко време.
Методи за отглеждане на кристали
Метод
Чохралски
- тигел
метод:
стопявам
вещество, от което
трябва да кристализира
камъните се поставят в огнеупорна
тигел
от огнеупорен метал (платина, родий,
иридий
, молибден или волфрам) и се нагряват
висока честота
индуктор.
(Скъпоценни камъни: рубини)
Глинен тигел
Отглеждане на кристали у дома
Метод 1
: Бавно охлаждане на наситен разтвор
Приготвяне на пренаситен разтвор
Поликристали
Монокристали
Кристали, отгледани от седмокласници
Течни кристали
кристали
- тези са солидни
вещества,

имащи естествени
външна форма
правилни симетрични полиедри
, базиран
На
техните вътрешни
структура
Полупроводникови диоди, транзистори, соларни панели
Метод 2:
Постепенно отстраняване на водата от наситен разтвор

IN
В този случай колкото по-бавно се отстранява водата, толкова по-добър е резултатът.

Трябва да напуснете кораба
с настолен разтвор
сол,
покривайки го с лист хартия, докато вода
се изпарява
бавно, но прахът не влиза в разтвора
хитове.

Кристал
Оказа се голям, но безформен - аморфен.

Приложения на кристалите в науката и технологиите Приложенията на кристалите в науката и технологиите са толкова многобройни и разнообразни, че е трудно да се изброят.

Диамант Най-твърдият и най-редкият естествен минерал, диамантът. Днес диамантът е предимно работен камък, а не камък за декорация.

Поради изключителната си твърдост, диамантът играе огромна роля в технологиите. Диамантените триони се използват за рязане на камъни. Диамантеният трион е голям (до 2 метра в диаметър) въртящ се стоманен диск, по краищата на който се правят разрези или нарези. В тези разфасовки се втрива фин диамантен прах, смесен с някакъв вид лепило. Такъв диск, въртящ се с висока скорост, бързо реже всеки камък.

Диамантът е от огромно значение при пробиване на скали и при минни операции. Диамантените върхове се вкарват в инструменти за гравиране, машини за разделяне, апарати за тестване на твърдост и свредла за камък и метал. Диамантеният прах се използва за шлайфане и полиране на твърди камъни, закалена стомана, твърди и свръхтвърди сплави. Самият диамант може да бъде само шлифован, полиран и гравиран с диамант. Най-критичните части на двигателя в производството на автомобили и самолети се обработват с диамантени фрези и свредла.

Рубинът и сапфирът са сред най-красивите и най-скъпите скъпоценни камъни. Всички тези камъни имат други качества, по-скромни, но полезни. Кървавочервен рубин и син сапфир са братя и сестри, те обикновено са един и същ минерален корунд, алуминиев оксид A 12 O 3. Разликата в цвета се дължи на много малки примеси в алуминиевия оксид: незначителното добавяне на хром превръща безцветния корунд в кръв червен рубин, титанов оксид в сапфир. Има корунд и с други цветове. Те също имат скромен, невзрачен брат: кафяв, непрозрачен, фин корундов шмиргел, който се използва за почистване на метала, от който е направена шкурка. Корундът, с всичките му разновидности, е един от най-твърдите камъни на Земята, най-твърдият след диаманта.

Цялата часовникарска индустрия работи върху изкуствени рубини. Във фабриките за полупроводници най-добрите вериги се чертаят с рубинени игли. В текстилната и химическата промишленост водачите за рубинени прежди изтеглят нишки от изкуствени влакна, найлон и найлон.

Мощен лазерен лъч с огромна мощност. Лесно пропича ламарина, заварява метални проводници, пропича метални тръби и пробива най-тънките отвори в твърди сплави и диамант. Тези функции се изпълняват от солиден лазер, който използва рубин, гранат и неодит. В очната хирургия най-често се използват неодинови лазери и рубинени лазери. В наземните системи с малък обсег често се използват инжекционни лазери с галиев арсенид.

Кремък, аметист, яспис, опал, халцедон са всички разновидности на кварца. Малките зърна кварц образуват пясък.

И най-красивата, най-прекрасната разновидност на кварца е планинският кристал, тоест прозрачните кварцови кристали. Следователно лещите, призмите и другите части на оптичните инструменти се правят от прозрачен кварц. Електрическите свойства на кварца са особено удивителни. Ако компресирате или разтегнете кварцов кристал, по краищата му се появяват електрически заряди. Това е пиезоелектричният ефект в кристалите.

Днес като пиезоелектрици се използва не само кварцът, но и много други, предимно изкуствено синтезирани вещества: синтетична сол, бариев титанат, калиеви и амониеви дихидрогенфосфати (KDA и ADR) и много други. Пиезоелектричните кристали се използват широко за възпроизвеждане, запис и предаване на звук.

Съществуват и пиезоелектрични методи за измерване на кръвното налягане в човешките кръвоносни съдове и налягането на соковете в стъблата и стволовете на растенията. С пиезоелектрически плочи се измерва например налягането в цевта на артилерийско оръдие при изстрел, налягането в момента на експлозия на бомба и моментното налягане в цилиндрите на двигателя по време на експлозията на горещи газове в тях.

Едектрооптичната индустрия е индустрията на кристали, които нямат център на симетрия. Тази индустрия е много голяма и разнообразна; нейните фабрики отглеждат и обработват стотици видове кристали за използване в оптиката, акустиката, радиоелектрониката и лазерната технология.

Поликристалният материал Polaroid също намери своето приложение в технологиите. Polaroid е тънък прозрачен филм, изцяло пълен с малки прозрачни игловидни кристали от вещество, което пречупва и поляризира светлината. Всички кристали са разположени успоредно един на друг, така че всички еднакво поляризират светлината, преминаваща през филма. Полароидните филми се използват в полароидни очила. Полароидите премахват отблясъците на отразената светлина, позволявайки на цялата друга светлина да премине. Те са незаменими за полярните изследователи, които постоянно трябва да гледат ослепителното отражение на слънчевите лъчи от ледено снежно поле.

Очилата Polaroid ще помогнат за предотвратяване на сблъсъци с насрещни автомобили, които много често се случват, защото светлините на насрещната кола заслепяват водача и той не вижда тази кола. Ако предните стъкла на автомобилите и стъклата на автомобилните фарове са направени от Polaroid и двете полета на roid са завъртяни така, че оптичните им оси да са изместени, тогава предното стъкло няма да пропуска светлината на фаровете на насрещна кола и ще го „угаси“.

Кристалите изиграха важна роля в много технически иновации на 20-ти век. Някои кристали генерират електрически заряд, когато се деформират. Първото им значително приложение е производството на радиочестотни осцилатори, стабилизирани от кварцови кристали. Чрез принуждаване на кварцова плоча да вибрира в електрическото поле на радиочестотна осцилаторна верига е възможно да се стабилизира честотата на приемане или предаване.

Полупроводниковите устройства, които направиха революция в електрониката, са направени от кристални вещества, главно силиций и германий. В този случай легиращите примеси, които се въвеждат в кристалната решетка, играят важна роля. Полупроводниковите диоди се използват в компютри и комуникационни системи, транзисторите заменят вакуумните тръби в радиотехниката, а слънчевите панели, поставени на външната повърхност на космическите кораби, преобразуват слънчевата енергия в електрическа. Полупроводниците също се използват широко в AC-DC преобразуватели.

Кристалите се използват също в някои мазери за усилване на микровълнови вълни и в лазери за усилване на светлинни вълни. Кристалите с пиезоелектрични свойства се използват в радиоприемници и предаватели, в приемни глави и в сонари. Някои кристали модулират светлинните лъчи, докато други генерират светлина под въздействието на приложено напрежение. Списъкът с приложения на кристалите вече е доста дълъг и непрекъснато се разраства.