השימושים של גבישים במדע ובטכנולוגיה הם כה רבים ומגוונים עד שקשה לפרט אותם. לכן, נצמצם למספר דוגמאות.

הקשה והנדיר מבין המינרלים הטבעיים הוא יהלום. כיום, יהלום הוא בעיקר אבן עבודה, לא אבן קישוט.

בשל קשיותו יוצאת הדופן, היהלום ממלא תפקיד עצום בטכנולוגיה. מסורי יהלום משמשים לחיתוך אבנים. מסור יהלום הוא דיסק פלדה מסתובב גדול (בקוטר של עד 2 מטר), שבשוליה נעשים חתכים או חריצים. אבקת יהלומים עדינה מעורבת עם חומר דבק כלשהו משופשפת לתוך החתכים הללו. דיסק כזה, מסתובב במהירות גבוהה, מנסר במהירות כל אבן.

ליהלום יש חשיבות עצומה בעת קידוח סלעים ובפעולות כרייה.

נקודות יהלום מוכנסות לכלי חריטה, מכונות חלוקה, מכשירי בדיקת קשיות ומקדחות לאבן ומתכת.

אבקת יהלומים משמשת לטחינת וליטוש אבנים קשות, פלדה מוקשה, סגסוגות קשות וסופר-קשות. את היהלום עצמו ניתן לחתוך, ללטש ולחרוט ביהלום בלבד. חלקי המנוע הקריטיים ביותר בייצור כלי רכב ומטוסים מעובדים באמצעות חותכי יהלומים ומקדחות.

רובי וספיר הם בין האבנים היפות והיקרות שבין האבנים היקרות. לכל האבנים הללו תכונות אחרות, צנועות יותר, אך שימושיות. אודם אדום וספיר כחול הם אחים בדרך כלל אותו מינרל - קורונדום, תחמוצת אלומיניום. קורונדום על כל סוגיו היא אחת האבנים הקשות ביותר על פני כדור הארץ, הקשה ביותר אחרי יהלום. ניתן להשתמש בקורונדום לקידוח, לטחון, ליטוש, חידוד אבן ומתכת. גלגלי השחזה, אבני השחזה ואבקות השחזה עשויים מקורונדום ושמריר.

כל תעשיית השעונים פועלת על רובי מלאכותי. במפעלי מוליכים למחצה, המעגלים המשובחים ביותר נמשכים עם מחטי אודם.

בטקסטיל ו תעשייה כימיתמובילי חוטי רובי מושכים חוטים מסיבים מלאכותיים, ניילון וניילון.

חיים חדשיםרובי הוא לייזר או כפי שהוא נקרא במדע, מחולל קוונטי אופטי (OQG), מכשיר נפלא של ימינו. בשנת 1960 נוצר לייזר האודם הראשון. התברר שגביש האודם מגביר את האור. הלייזר זורח יותר מאלף שמשות.

לקרן לייזר חזקה יש כוח עצום. הוא נשרף בקלות דרך מתכת, מרתך חוטי מתכת, נשרף דרך צינורות פלדה וקודח את החורים העדינים ביותר בסגסוגות קשות ויהלומים. לייזרים משמשים גם בניתוחי עיניים. כמו כן הופיעו גבישי לייזר חדשים: פלואוריט, גרנטים, גליום ארסניד וכו'.

ספיר הוא שקוף, ולכן עשויות ממנו לוחות למכשירים אופטיים.

עיקר גבישי הספיר הולך לתעשיית המוליכים למחצה.

צור, אמטיסט, ג'ספר, אופל, כלקדוני הם כולם זנים של קוורץ. גרגירים קטנים של קוורץ יוצרים חול. והזן היפה והנפלא ביותר של קוורץ הוא גביש הסלע, כלומר. גבישי קוורץ שקופים. לכן, עדשות, מנסרות וחלקים אחרים של מכשירים אופטיים עשויים מקוורץ שקוף.

התכונות החשמליות של הקוורץ מדהימות במיוחד. אם אתה דוחס או מותח גביש קוורץ, מטענים חשמליים מופיעים בקצוות שלו. זהו האפקט הפיאזואלקטרי בגבישים.

כיום, לא רק קוורץ משמש כפייזואלקטרי, אלא גם חומרים רבים אחרים, בעיקר מסונתזים באופן מלאכותי.

גבישים פיזואלקטריים נמצאים בשימוש נרחב לשחזור, הקלטה והעברת צליל.

ישנן גם שיטות פיזואלקטריות למדידת לחץ דם כלי דםבני אדם ולחץ המיצים בגבעולים ובגזעים של צמחים.

חומר פולי-גבישי, Polaroid, מצא את היישום שלו גם בטכנולוגיה.

פולארויד הוא סרט שקוף דק המלא לחלוטין בקריסטלים שקופים בצורת מחט זעירים של חומר. סרטי פולארויד משמשים במשקפי פולארויד. פולארואידים מבטלים את בוהק האור המוחזר, ומאפשרים לכל שאר האור לעבור דרכו. הם הכרחיים עבור חוקרי הקוטב, שצריכים להסתכל כל הזמן על ההשתקפות המסנוורת של קרני השמש משדה שלג קפוא.

משקפי פולארויד יסייעו במניעת התנגשויות במכוניות מתקרבות, אשר מתרחשות לעיתים קרובות מאוד בשל העובדה שאורות של מכונית מתקרבת מעוורות את הנהג, והוא אינו רואה את המכונית הזו.

קריסטלים מילאו תפקיד חשוב בחידושים טכנולוגיים רבים של המאה ה-20.

מכשירי מוליכים למחצה, שחוללו מהפכה באלקטרוניקה, עשויים מחומרים גבישיים, בעיקר סיליקון וגרמניום. דיודות מוליכים למחצה משמשות במחשבים ומערכות תקשורת, טרנזיסטורים החליפו צינורות ואקום בהנדסת רדיו, ופאנלים סולאריים הוצבו על פני השטח החיצוניים של חלליות. אנרגיה סולאריתלחשמל.

במהלך השיעורים

1. שלב ארגוני (דקה אחת)

2. הצגת חומר חדש (43 דקות)

פיזיקת המצב המוצק (ענף בפיזיקה החוקר את המבנה והתכונות של מוצקים) היא אחד היסודות של החברה הטכנולוגית המודרנית. למעשה, צבא עצום של מהנדסים ברחבי העולם פועל ליצירת חומרים מוצקים בעלי תכונות מוגדרות הנחוצות לשימוש במגוון רחב של מכונות, מנגנונים והתקנים בתחום התקשורת, התחבורה והמחשוב. היום בשיעור נדבר על גבישים. המשימה שלנו: לגלות כיצד בנויים גבישים; להסביר מנקודת מבט פיזית את מגוון צורותיהם ותכונותיהם; לשקול שיטות לגידול מלאכותי של גבישים ודרכים להגביר את כוחם; ראה כיצד ומדוע משתמשים בקריסטלים בחיי היומיום ובטכנולוגיה.

חומרים גבישיים הם אלה שהאטומים שלהם מסודרים באופן קבוע כך שהם יוצרים סריג תלת מימדי רגיל הנקרא גְבִישִׁי. גבישי שורה יסודות כימייםולתרכובות שלהם תכונות מכניות, חשמליות, מגנטיות ואופטיות יוצאות דופן. ( מצגת "מגוון גבישים".)

ההבדל העיקרי בין גבישים למוצקים אחרים הוא, כאמור, נוכחות של סריג גביש - אוסף של אטומים, מולקולות או יונים המסודרים מעת לעת.

הודעת תלמיד. מדען רוסי א.ס. פדורובמצאו שרק 230 קבוצות חלל שונות יכולות להתקיים בטבע, המכסות את כל מבני הגביש האפשריים. רובם (אך לא כולם) נמצאים בטבע או נוצרים באופן מלאכותי. גבישים יכולים ללבוש צורה של מנסרות שונות, שבסיסן יכול להיות משולש רגיל, ריבוע, מקבילית ומשושה. ( שקופית.)

דוגמאות לסריגי קריסטל פשוטים: 1 - מעוקב פשוט; 2 - מעוקב במרכז פנים; 3 - מעוקב במרכז הגוף; 4 - משושה

לסריגי קריסטל של מתכות יש לרוב צורה של קובייה במרכז הפנים (נחושת, זהב) או קובייה במרכז הגוף (ברזל), כמו גם פריזמה משושה (אבץ, מגנזיום).

סיווג הגבישים וההסבר על תכונותיהם הפיזיקליות יכול להתבסס לא רק על צורת התא היחידה, אלא גם על סוגים אחרים של סימטריה, למשל, סיבוב סביב ציר. ציר הסימטריה הוא קו ישר, כאשר מסובבים אותו ב-360 מעלות סביבו מתיישר הגביש עם עצמו מספר פעמים. המספר של הצירופים הללו נקרא סדר ציר. ישנם סריג קריסטל עם צירי סימטריה בסדר 2, 3, 4 ו-6. סימטריה אפשרית של סריג הגביש ביחס למישור הסימטריה, כמו גם שילוב סוגים שוניםסִימֶטרִיָה. ( שקופית.)

רוב המוצקים הגבישיים הם polycrystals, כי בתנאים רגילים, די קשה לגדל גבישים בודדים כל מיני זיהומים מפריעים לזה. לאור הצורך הגובר בטכנולוגיה בגבישים בעלי טוהר גבוה, מתמודד המדע עם השאלה של פיתוח שיטות יעילות לגידול מלאכותי של גבישים בודדים של יסודות כימיים שונים ותרכובותיהם.

הודעת תלמיד. ישנן שלוש דרכים ליצור גבישים: התגבשות מהמסה, מתמיסה ומפאזת הגז. דוגמה להתגבשות מהמסה היא היווצרות קרח ממים (הרי מים הם קרח מותך), וכן היווצרות של סלעים געשיים. דוגמה להתגבשות מתמיסה בטבע היא משקעים של מאות מיליוני טונות של מלח ממי הים. כאשר גז (או קיטור) מתקרר, כוחות משיכה חשמליים מאלצים את האטומים או המולקולות יחד למוצק גבישי - נוצרים פתיתי שלג.

השיטות הנפוצות ביותר לגידול מלאכותי של גבישים בודדים הן התגבשות מתמיסה ומתוך נמס. במקרה הראשון, גבישים גדלים מתמיסה רוויה עם אידוי איטי של הממס או עם ירידה איטית בטמפרטורה. תהליך זה ניתן להדגמה במעבדה עם תמיסה מימית של מלח שולחן. אם נותנים למים להתאדות באיטיות, התמיסה תהפוך בסופו של דבר לרוויה, ואידוי נוסף יגרום לירידת מלח.

אם מוצק מחומם, הוא יהפוך ל מצב נוזלי- להמיס. קשיים בגידול גבישים בודדים מהמסים קשורים לטמפרטורות התכה גבוהות. לדוגמה, כדי להשיג גביש אודם, אתה צריך להמיס אבקת תחמוצת אלומיניום, ולשם כך אתה צריך לחמם אותה לטמפרטורה של 2030 מעלות צלזיוס. האבקה מוזגת בזרם דק ללהבת חמצן-מימן, שם היא נמסה ונופלת בטיפות על מוט של חומר עקשן. גביש יחיד של אודם צומח בהדרגה על המוט הזה.

3. יישום קריסטלים

1. יהלום. כ-80% מכלל היהלומים הטבעיים שנכרו וכל היהלומים המלאכותיים משמשים בתעשייה. כלי יהלום משמשים לעיבוד חלקים העשויים מהחומרים הקשים ביותר, לקידוח בארות במהלך חיפוש וכרייה של משאבים מינרליים, ומשמשים כאבנים תומכות בכרונומטרים ברמה גבוהה לכלי שיט ימיים ומכשירים מדויקים אחרים. מיסבי יהלום אינם מראים בלאי גם לאחר 25 מיליון סיבובים. המוליכות התרמית הגבוהה של היהלום מאפשרת להשתמש בו כמצע מסיר חום במיקרו-מעגלים אלקטרוניים מוליכים למחצה.

כמובן שגם בתכשיטים משתמשים ביהלומים – אלו יהלומים.

2. אוֹדֶם. הקשיות הגבוהה של אודם, או קורונדום, הובילה לשימוש נרחב שלהם בתעשייה. 1 ק"ג של אודם סינטטי מניב כ-40,000 אבני תמיכה לשעון. מוטות מובילי חוט רובי התבררו כבלתי ניתנים להחלפה במפעלי סיבים כימיים. הם למעשה אינם נשחקים, בעוד שמובילי חוטים עשויים מהזכוכית הקשה ביותר נשחקים תוך מספר ימים כאשר סיבים מלאכותיים נמשכים דרכם.

סיכויים חדשים לשימוש נרחב באבני אודם במחקר מדעי ובטכנולוגיה נפתחו עם המצאת לייזר האודם, שבו מוט אודם משמש כמקור עוצמתי לאור הנפלט בצורת קרן דקה.

3. . אלו חומרים יוצאי דופן המשלבים תכונות של מוצק גבישי ונוזל. כמו נוזלים הם נוזלים, כמו גבישים יש להם אנזוטרופיה. המבנה של מולקולות גביש נוזלי הוא כזה שקצוות המולקולות מתקשרים בצורה חלשה מאוד זה עם זה, בעוד שבמקביל משטחי הצד מקיימים אינטראקציה חזקה מאוד ויכולים להחזיק את המולקולות בחוזקה במכלול אחד.

גבישים נוזליים: סמקטיים (משמאל) וכולסטריים (מימין)

גבישים נוזליים כולסטריים מעניינים ביותר את הטכנולוגיה. בהם, כיוון הצירים המולקולריים בכל שכבה שונה במקצת זה מזה. זוויות הסיבוב של הצירים תלויות בטמפרטורה, וצבע הגביש תלוי בזווית הסיבוב. תלות זו משמשת ברפואה: ניתן לראות ישירות את התפלגות הטמפרטורה על פני גוף האדם, וזה חשוב לזיהוי מוקדי התהליך הדלקתי החבוי מתחת לעור. לצורך מחקר, מיוצר סרט פולימרי דק עם חללים מיקרוסקופיים מלאים בכולסטרו. כאשר מורחים סרט כזה על הגוף, מתקבלת תצוגה צבעונית של התפלגות הטמפרטורה. אותו עיקרון משמש במדחום גביש נוזלי.

גבישים נוזליים נמצאים בשימוש נרחב ביותר באינדיקטורים אלפאנומריים של שעונים אלקטרוניים, מיקרו מחשבונים וכו'. המספר או האות הרצויים משוכפלים באמצעות שילוב של תאים קטנים העשויים בצורה של פסים. כל תא מלא בגביש נוזלי ויש לו שתי אלקטרודות שעליהן מופעל מתח. בהתאם למתח, תאים מסוימים "נדלקים". אינדיקטורים יכולים להיעשות מיניאטוריים במיוחד וצורכים מעט אנרגיה.

גבישים נוזליים משמשים ב סוגים שוניםמסכים מבוקרים, תריסים אופטיים, מסכי טלוויזיה שטוחים.

4. מוליכים למחצה. תפקיד יוצא דופן שיחק על ידי גבישים באלקטרוניקה מודרנית. חומרים רבים במצב הגבישי אינם מוליכי חשמל טובים כמו מתכות, אך לא ניתן לסווג אותם גם כדיאלקטריים, מכיוון הם גם לא מבודדים טובים. חומרים כאלה מסווגים כמוליכים למחצה. אלו הם רוב החומרים, המסה הכוללת שלהם היא 4/5 ממסת קרום כדור הארץ: גרמניום, סיליקון, סלניום וכו', מינרלים רבים, תחמוצות שונות, סולפידים, טלורידים וכו'.

התכונה האופיינית ביותר של מוליכים למחצה היא התלות החדה של ההתנגדות החשמלית שלהם בהשפעת השפעות חיצוניות שונות: טמפרטורה, תאורה. פעולתם של מכשירים כגון תרמיסטורים ופוטו-נגדים מבוססת על תופעה זו.

על ידי שילוב מוליכים למחצה מסוגי מוליכות שונים, ניתן להעביר זרם חשמלי בכיוון אחד בלבד. מאפיין זה נמצא בשימוש נרחב בדיודות וטרנזיסטורים.

גודלם הקטן במיוחד של התקני מוליכים למחצה, לפעמים מילימטרים ספורים בלבד, עמידות בשל העובדה שתכונותיהם משתנות מעט עם הזמן, והיכולת לשנות בקלות את המוליכות החשמלית שלהם פותחות אפשרויות רחבות לשימוש במוליכים למחצה היום ובעתיד .

5. מוליכים למחצה במיקרואלקטרוניקה. מעגל משולב הוא אוסף של מספר רב של רכיבים מחוברים - טרנזיסטורים, דיודות, נגדים, קבלים, חוטי חיבור, המיוצרים על שבב בודד. בעת ייצור מעגל משולב, שכבות של זיהומים, דיאלקטריים ושכבות מתכת מופקדות ברצף על גבי לוח מוליכים למחצה (בדרך כלל גבישי סיליקון). כתוצאה מכך נוצרים כמה אלפי מכשירים חשמליים על שבב אחד. הממדים של מיקרו-מעגל כזה הם בדרך כלל 5-5 מ"מ, ומיקרו-מכשירים בודדים הם בערך 10-6 מ'.

IN לָאַחֲרוֹנָהיותר ויותר החלו לדון באפשרות של יצירת מיקרו-מעגלים אלקטרוניים שבהם גדלי היסודות יהיו דומים לגדלים של המולקולות עצמן, כלומר. כ-10 –9 –10 –10 מ' לשם כך, מרוססים כמויות קטנות של אטומים או מולקולות של חומרים אחרים על פני השטח המנוקים של גביש יחיד מסוג ניקל או סיליקון באמצעות מיקרוסקופ מנהרה. פני השטח של הגביש מקוררים ל-269 מעלות צלזיוס כדי למנוע תנועות ניכרות של אטומים עקב תנועה תרמית. הצבת אטומים בודדים במקומות ספציפיים פותחת אפשרויות פנטסטיות ליצירת מאגרי מידע ברמה האטומית. זה כבר גבול ה"מזעור".

6. טונגסטן ומוליבדן. ברמה המודרנית פיתוח טכניקצבי החימום והקירור של חלקי המכשיר והמכונה גדלו בחדות, וטווח הטמפרטורות שבו הם צריכים לפעול גדל באופן משמעותי. לעתים קרובות מאוד נדרשות תקופות עבודה ארוכות בשעה מאוד טמפרטורה גבוהה, בסביבות אגרסיביות. נדרשות גם מכונות שיכולות לעמוד במספר רב של מחזורי טמפרטורה.

בתנאי הפעלה כל כך קשים, חלקים ומכלולים שלמים של מכונות והתקנים רבים נשחקים מהר מאוד, נסדקים ונהרסים. מתכות עקשנות, כגון מוליבדן וטונגסטן, נמצאות בשימוש נרחב לעבודה בטמפרטורות גבוהות. גבישים בודדים של טונגסטן ומוליבדן המתקבלים על ידי המסת אזור משמשים לייצור חרירי מנועי סילון ו-ramjet, עורות ראשי רקטות, מנועי יונים, טורבינות, תחנות כוח גרעיניות והתקנים ומנגנונים רבים אחרים. טונגסטן פוליבריסטלי ומוליבדן משמשים לייצור אנודות, קתודות, חוטים במנורות ותנורים חשמליים בטמפרטורה גבוהה.

7. קְוָרץ. זהו סיליקון דו חמצני, אחד המינרלים הנפוצים ביותר בקרום כדור הארץ, בעצם חול. גבישי קוורץ טבעיים נעים בגודלם בין גרגרי חול לכמה עשרות סנטימטרים. ישנם גבישים בגודל של עד מטר אחד או יותר. גביש קוורץ טהור הוא חסר צבע. זיהומים זרים קלים גורמים לצבעים מגוונים. גבישים שקופים חסרי צבע הם גביש סלע, ​​הסגולים הם אמטיסט, והמעושנים הם ראוכטטופז. התכונות האופטיות של הקוורץ הובילו לשימוש הנרחב שלו בייצור מכשירים אופטיים: ממנו מייצרים מנסרות עבור ספקטרוגרפים ומונוכרומטורים. קוורץ, בניגוד לזכוכית, מעביר קרינה אולטרה סגולה היטב, ולכן עשויות ממנו עדשות מיוחדות המשמשות באופטיקה אולטרה סגולה.

לקוורץ יש גם תכונות פיזואלקטריות, כלומר. מסוגל לשנות השפעה מכניתלתוך מתח חשמלי. הודות לתכונה זו, קוורץ נמצא בשימוש נרחב בהנדסת רדיו ואלקטרוניקה - במייצב תדרים (כולל שעונים), בכל מיני מסננים, מהודים וכו'. גבישי קוורץ משמשים כדי לעורר (ולמדוד) השפעות מכניות ואקוסטיות קטנות.

כור היתוך, כלים ומכלים אחרים למעבדות כימיות מיוצרים מקוורץ מאוחה.

4. שיטות להגברת חוזק המוצקים

מסגרות פלדה של מבנים וגשרים, מסילות הן polycrystalline מסילות ברזל, מכונות, חלקי מכונות וכלי טיס. הערכים של חוזק אמיתי ותיאורטי שונים בעשרות, אפילו מאות פעמים. הסיבה נעוצה בנוכחות פגמים פנימיים ומשטחים בסריגי הגביש.

כדי להשיג חומרים בעלי חוזק גבוה, יש צורך לגדל גבישים בודדים ללא פגמים ככל האפשר. זו משימה קשה מאוד. רוב השיטות המודרניות לחיזוק חומרים מבוססות על שיטה אחרת: נוצרים חסמים לתנועת פגמים בקריסטל. הם יכולים להיות נקעים (הפרות של סדר סידור האטומים בסריג הגביש) ופגמים אחרים שנוצרו במיוחד.

דוגמאות לנקעים נקודתיים - הפרות של סדר סידור האטומים בגביש

שיטות כאלה כוללות, למשל:

– סגסוגת פלדה: תוספות קטנות של כרום או טונגסטן מוכנסות להמסה, והחוזק גדל פי שלושה;

– התגבשות במהירות גבוהה: ככל שהחום יוסר מהר יותר מהמטיל המוצק, כך גדלי הגביש קטנים יותר. במקביל, המאפיינים הפיזיים והמכאניים משתפרים. כדי להסיר במהירות חום, מתכת מותכת מרוססת לאבק דק עם סילון גז ניטרלי, שנדחס לאחר מכן בלחץ ובטמפרטורה גבוהים.

המאמר הוכן בתמיכת חברת AVERS. אמינות ואיכות הם המוטו של חברת AVERS. חברת AVERS מתמחה במגוון עבודות באספקת מים למתקנים פרטיים וקיבוציים, לכן יש לבצע כל הזמנה בתום לב. במעבר לסעיף: "קידוח בארות עמוקות", תוכלו לברר אודות השירותים והמבצעים הניתנים על ידי חברת AVERS, וכן להזמין התקשרות חזרה ליצירת קשר עם מומחה שיוכל לענות על שאלותיכם. חברת AVERS מעסיקה רק מומחים בעלי ניסיון רב בעבודה מול לקוחות.

הגדלת חוזקם של גופים גבישיים מעניקה רווח בגודלם של אגרגטים שונים, מאפשרת להפחית את המסה שלהם, ומגדילה טמפרטורת פעולהומגדיל את חיי השירות.

5. איחוד

התלמידים מתבקשים למלא את טבלת המבחנים "שימוש בקריסטלים בטכנולוגיה". בסוף השיעור, כתוצאה מעבודתם העצמאית של התלמידים, מוצג עיתון אקספרס שצוירו על ידי שני תלמידים במהלך השיעור.

סִפְרוּת

ספר לימוד "פיזיקה-10": אד. א.א. פינסקי. – M: Education, 2001.

אנציקלופדיה פיזית, כרך 3: אד. א.מ. פרוחורובה. – M: האנציקלופדיה הסובייטית, 1990.

משאבי אינטרנט.

אירינה אלכסנדרובנה דורוגובצבה היא בוגרת המכון הפדגוגי הממלכתי קומסומולסק-על-עמור (1997), מורה לפיזיקה בקטגוריית ההסמכה הגבוהה ביותר, 8 שנות ניסיון בהוראה. משתתף בגמר התחרות המקצועית "מורה השנה 2003". הבת בת 4. הוא מתעניין בעיצוב מחשבים, תכנות ומדע בדיוני.

היישומים של גבישים במדע ובטכנולוגיה הם כה רבים ומגוונים עד שקשה לפרט אותם. לכן, נצמצם למספר דוגמאות.

הקשה והנדיר מבין המינרלים הטבעיים הוא יהלום.

בשל קשיותו יוצאת הדופן, היהלום ממלא תפקיד עצום בטכנולוגיה. מסורי יהלום משמשים לחיתוך אבנים. ליהלום יש חשיבות עצומה בעת קידוח סלעים ובפעולות כרייה.

נקודות יהלום מוכנסות לכלי חריטה, מכונות חלוקה, מכשירי בדיקת קשיות ומקדחות לאבן ומתכת.

אבקת יהלומים משמשת לטחינת והברקה של אבנים קשות, פלדה מוקשה, סגסוגות קשות וסופר-קשות. את היהלום עצמו ניתן לחתוך, ללטש ולחרוט ביהלום בלבד. חלקי המנוע הקריטיים ביותר בייצור כלי רכב ומטוסים מעובדים באמצעות חותכי יהלומים ומקדחות.

רובי וספיר הם בין האבנים היפות והיקרות שבין האבנים היקרות. לכל האבנים הללו תכונות אחרות, צנועות יותר, אך שימושיות.

כל תעשיית השעונים פועלת על רובי מלאכותי. במפעלי מוליכים למחצה, המעגלים המשובחים ביותר נמשכים עם מחטי אודם. בתעשיית הטקסטיל והכימיה, מדריכי חוטי אודם שואבים חוטים מסיבים מלאכותיים, ניילון וניילון.

החיים החדשים של אודם הם לייזר או, כפי שהוא נקרא במדע, מחולל קוונטי אופטי (OQG). בשנת 1960 נוצר לייזר האודם הראשון. התברר שגביש האודם מגביר את האור עבור לייזר אודם, הקוטר הקטן ביותר של כתם האור הוא בערך 0.7 מיקרון. בדרך זו ניתן ליצור צפיפות קרינה גבוהה במיוחד. כלומר, לרכז אנרגיה ככל האפשר. קרן לייזר עוצמתית עם עוצמה אדירה. הוא נשרף בקלות דרך מתכת, מרתך חוטי מתכת, נשרף דרך צינורות מתכת וקודח את החורים הדקים ביותר בסגסוגות קשות ויהלומים. פונקציות אלו מבוצעות על ידי לייזר מוצק באמצעות אודם, נופך ונאודיט. בניתוחי עיניים משתמשים לרוב בלייזרי ניאודיין ובלייזרי אודם. מערכות מבוססות קרקע לטווח קצר משתמשות לרוב בלייזרי הזרקת גליום ארסניד. כמו כן הופיעו גבישי לייזר חדשים: פלואוריט, גרנטים, גליום ארסניד וכו'.

ספיר הוא שקוף, ולכן עשויות ממנו צלחות למכשירים אופטיים.

עיקר גבישי הספיר הולך לתעשיית המוליכים למחצה.

צור, אמטיסט, ג'ספר, אופל, כלקדוני הם כולם זנים של קוורץ. לכן, עדשות, מנסרות וחלקים אחרים של מכשירים אופטיים עשויים מקוורץ שקוף. לזכוכית קוורץ יש את האיכויות הבאות:

אחידות גבוהה והעברה טובה בטווחי האולטרה סגול, הנראה והקרוב לאינפרא אדום;

אין פלואורסצנטי;

מקדם התפשטות תרמית נמוך;

עמידות גבוהה בפני נזק מכני והלם תרמי;

בועה נמוכה.

התכונות החשמליות של הקוורץ מדהימות במיוחד. אם אתה דוחס או מותח גביש קוורץ, מטענים חשמליים מופיעים בקצוות שלו. זהו האפקט הפיאזואלקטרי בגבישים.

כיום, לא רק קוורץ משמש בתור פיזואלקטרי, אלא גם חומרים רבים אחרים, בעיקר מסונתזים באופן מלאכותי: מלח כחול, בריום טיטנאט, אשלגן ואמוניום דימימן פוספטים (KDP ו-ADP) ועוד רבים אחרים.

גבישים פיזואלקטריים נמצאים בשימוש נרחב לשחזור, הקלטה והעברת צליל.

ישנן גם שיטות פיזואלקטריות למדידת לחץ דם בכלי דם אנושיים ולחץ המיצים בגבעולים ובגזעים של צמחים מודדים, למשל, את הלחץ בקנה של אקדח ארטילרי בעת ירי, את הלחץ כרגע. של פיצוץ פצצה, לחץ מיידי בצילינדרים של המנוע כאשר גזים חמים מתפוצצים בהם.

החומר הפולי-גבישי פולארויד מצא את השימוש שלו גם בטכנולוגיה.

פולארויד הוא סרט שקוף דק המלא לחלוטין בגבישים זעירים בצורת מחט שקוף של חומר שמפרק את האור בשנית ומקטב אותו. כל הגבישים ממוקמים במקביל זה לזה, כך שכולם מקטבים באופן שווה את האור העובר דרך הסרט.

סרטי פולארויד משמשים במשקפי פולארויד. פולארואידים מבטלים את בוהק האור המוחזר, ומאפשרים לכל שאר האור לעבור דרכו. הם הכרחיים עבור חוקרי הקוטב, שצריכים להסתכל כל הזמן על ההשתקפות המסנוורת של קרני השמש משדה שלג קפוא.

גבישים נוזליים

גבישים נוזליים הם חומרים שיש להם בו זמנית תכונות של נוזלים (נוזליות) וגם של גבישים (אניזוטרופיה). מבחינת המבנה, גבישים נוזליים הם נוזלים דמויי ג'לי, המורכבים ממולקולות מוארכות, מסודרות בצורה מסוימת לאורך כל נפח הנוזל הזה. התכונה האופיינית ביותר של LCs היא היכולת שלהם לשנות את האוריינטציה של מולקולות בהשפעת שדות חשמליים, מה שפותח הזדמנויות רחבות לשימוש בתעשייה. בהתבסס על סוגם, גבישים נוזליים מחולקים בדרך כלל לשתי קבוצות גדולות: נמטיקה וסמטיקה. בתורו, נמטיקה מחולקת לגבישים נוזליים נמטיים וכולסטריים.

אחד מתחומי השימוש החשובים של גבישים נוזליים הוא תרמוגרפיה. על ידי בחירת הרכב החומר הגבישי הנוזלי, נוצרים אינדיקטורים לטווחי טמפרטורות שונים ולעיצובים שונים. לדוגמה, גבישים נוזליים בצורת סרט מוחלים על טרנזיסטורים, מעגלים משולבים ומעגלים מודפסים של מעגלים אלקטרוניים. אלמנטים פגומים - חמים או קרים מאוד, לא עובדים - מורגשים מיד על ידי כתמי צבע בהירים. הרופאים קיבלו הזדמנויות חדשות: מחוון גביש נוזלי על עור המטופל מאבחן במהירות דלקת נסתרת ואפילו גידול.

גבישים נוזליים משמשים לזיהוי אדים של תרכובות כימיות מזיקות וקרינת גמא ואולטרה סגולה המסוכנת לבריאות האדם. מדי לחץ וגלאי אולטרסאונד נוצרו על בסיס גבישים נוזליים. אבל תחום היישום המבטיח ביותר של חומרים גבישיים נוזליים הוא טכנולוגיית המידע. רק שנים ספורות עברו מהאינדיקטורים הראשונים, המוכרים לכולם משעונים דיגיטליים, ועד לטלוויזיות צבעוניות עם מסכי LCD בגודל של גלויה. טלוויזיות כאלה מספקות תמונות באיכות גבוהה מאוד תוך צריכת פחות אנרגיה.

הפעולה של כל פאנל LCD מבוססת על העיקרון של שינוי השקיפות (ליתר דיוק, שינוי הקיטוב של האור המועבר) של גבישים נוזליים בהשפעת זרם חשמלי. במטריצת TFT, שכבת גבישים נוזליים נשלטת על ידי מטריצה ​​של מתגים אנלוגיים טרנזיסטורים מיקרוסקופיים, מתג אחד לכל פיקסל של התמונה, מה שמאפשר להגיע למהירות גבוהה של הדלקה וכיבוי של נקודות ולהגביר את ניגודיות התמונה. מכיוון שלגבישים נוזליים עצמם אין צבע, לוח הצבעים מכיל שלוש שכבות של גבישים נוזליים (או מבנה פסיפס חד-שכבתי מיוחד) עם מסנני אור מתאימים לכל מרכיב צבע (אדום, ירוק, כחול). גבישים נוזליים אינם יכולים להאיר בעצמם, ולכן על מנת להעניק למסך את המראה הזוהר הרגיל, מותקנת מאחורי פאנל ה-LCD מנורה שטוחה מיוחדת המאירה את המסך מהצד האחורי. כתוצאה מכך, נראה למשתמש שהמטריקס "זוהר" כמו מסך CRT רגיל.

סוגי תחריט: יבש (פלזמה) ונוזל (בתחריט נוזלי, חומצה HF). יתרונותתחריט יבש: היכולת לשלוט באניזוטרופיה, היכולת לשלוט בסלקטיביות, תלות חלשה של תחריט בהדבקה של מסכת המגן למצע, אינה מצריכה פעולות כביסה וייבוש עוקבות, חסכוניות יותר מאשר תחריט במגיבים נוזליים. פגמים: נזק לפני השטח של חומרים עקב הפצצה על ידי יונים, אלקטרונים ופוטונים. תחריט יבש מתחלק ל:

מאפיינים עיקריים של תחריט יבש: אניזוטרופיה- היחס בין קצב הצריבה של חומר העבודה הנורמלי לפני השטח של הצלחת לקצב הצריבה לרוחב שלו; בַּררָנוּת– היחס בין שיעורי התחריט של חומרים שונים (למשל, עובד ומסכה) באותם תנאים.

תחריט יונים– תהליך בו מסירים שכבות משטח של חומרים רק על ידי ריסוס פיזי. הקפיצה מתבצעת על ידי יונים אנרגטיים של גזים שאינם נכנסים תגובה כימיתעם החומר המעובד (בדרך כלל יונים של גזים אינרטיים). אם החומר המעובד מונח על אלקטרודות או מחזיקים במגע עם פלזמת הפריקה, אזי תחריט בתנאים כאלה נקראת פלזמה יונים. אם החומר ממוקם באזור עיבוד ואקום, מופרד מאזור הפלזמה, אזי תחריט נקראת תחריט קרן יונים.

IN פלזמה כימיתבתחריט, שכבות פני השטח של החומרים מוסרות רק כתוצאה מתגובות כימיות בין חלקיקים פעילים מבחינה כימית לאטומים של החומר החרוט. אם החומר המעובד נמצא באזור הפלזמה הפריקה, אזי נקראת תחריט פְּלַסמָה.במקרה זה, תגובות תחריט כימיות על פני החומר יופעלו על ידי הפצצת אלקטרונים ויונים בעלי אנרגיה נמוכה, וגם הפצצת פוטון. אם החומר ממוקם באזור עיבוד ואקום, הנקרא בדרך כלל אזור התגובה ומופרד מאזור הפלזמה, אזי החריטה מתבצעת עם חלקיקים פעילים כימית ללא הפעלה על ידי הפצצת אלקטרונים ויונים, ובמקרים מסוימים, בהיעדר חשיפה לפוטונים. תחריט זה נקרא קיצוני.

הפלזמה משמשת בשלושה תהליכים עיקריים: לחריטה של ​​חומרים, לקריסת סרטים דקים (חומרים אחרים) על פני החומרים, ולסימום (השתלה) של חלקיקים אחרים בתוך החומר.

יישום מודרני של טכנולוגיות פלזמה.התהליך העיקרי בטכנולוגיית הפוטוליתוגרפיה (תחריט מתכת, אפר פלזמה, ניקוי פלזמה (הסרת התנגדות))! משמש גם בטכנולוגיות יצירה: NEMS, MEMS, מיקרו-אלקטרוניקה, ננו-אלקטרוניקה, גירוסקופים, מדי תאוצה, תחריט פולימרי, מיקרו-מבנים פולימריים, מיקרו-מבנים קרמיים, טכנולוגיות תחריט עמוק (עם יחס רוחב-גובה: היחס בין גודל אלמנט אופייני לעומק התחריט) .

פטיסוב ניקולאי

העולם הסובב אותנו מורכב מקריסטלים, אנו יכולים לומר שאנו חיים בעולם של קריסטלים. מבני מגורים ומבני תעשייה, מטוסים ורקטות, ספינות מנוע וקטרי דיזל, סלעים ומינרלים מורכבים מגבישים. אנחנו אוכלים גבישים, אנחנו מרפאים איתם, ואנחנו עשויים בחלקו מקריסטלים.

אז מה זה קריסטלים? אילו תכונות יש להם? איך גדלים גבישים? כיצד והיכן משתמשים בהם כיום ומהם הסיכויים לשימוש בהם בעתיד? השאלות הללו עניינו אותי, וניסיתי למצוא להן תשובות.

הורד:

תצוגה מקדימה:

הכנס המדעי והמעשי ה-11 של מחוז קוזנצק "עולם פתוח"

מדור פיזיקה

יישומים עיקריים גבישים מלאכותיים

הושלם על ידי תלמיד כיתה ח'

פטיסוב ניקולאי

ראש Sizochenko A.I.,

מורה לפיזיקה

החינוך התיכוני העירוני

מוֹסָד

"חינוך כללי בסיסי

בית ספר מס' 24"

נובוקוזנצק, 2014

מבוא …………………………………………………………………2

1. חלק עיקרי

1.1. מושג הקריסטל………………………………..……..4

1.2. גבישים בודדים ופולי-גבישים.........................4

1.3. שיטות לגידול גבישים………….…5

1.4. יישום של גבישים………………………..………7

2. חלק מעשי

2.1. גידול קריסטלים בבית

תנאים…………………………………………………...9

3. מסקנה……………………………………………….…11

ביבליוגרפיה...………………………………………………………………………...13

בקשות…………………………………………………………..14-15

מבוא

כמו פסל קסום

קצוות בהירים של קריסטלים

יוצר תמיסה חסרת צבע.

נ.א.מורוזוב

העולם הסובב אותנו מורכב מקריסטלים, אנו יכולים לומר שאנו חיים בעולם של קריסטלים. מבני מגורים ומבני תעשייה, מטוסים ורקטות, ספינות מנוע וקטרי דיזל, סלעים ומינרלים מורכבים מגבישים. אנחנו אוכלים גבישים, אנחנו מרפאים איתם, ואנחנו עשויים בחלקו מקריסטלים.

גבישים הם חומרים שבהם "ארוזים" החלקיקים הקטנים ביותר בסדר מסוים. כתוצאה מכך, כאשר גבישים גדלים, קצוות שטוחים מופיעים באופן ספונטני על פני השטח שלהם, והגבישים עצמם מקבלים מגוון של צורות גיאומטריות.

הצהרת האקדמיה A.E. פרסמן "כמעט כל העולם הוא גבישי. העולם נשלט על ידי הגביש וחוקיו המוצקים והלינארים" עולה בקנה אחד עם העניין המדעי של מדענים ברחבי העולם במושא מחקר זה.

התעשייה המודרנית לא יכולה להסתדר בלי מגוון רחב של גבישים. הם משמשים בשעונים, מכשירי רדיו טרנזיסטור, מחשבים, לייזרים ועוד. המעבדה הגדולה - הטבע - כבר לא יכולה לספק את הדרישה של פיתוח טכנולוגיה, ולכן מגדלים גבישים מלאכותיים במפעלים מיוחדים: קטנים, כמעט בלתי מורגשים, וגדולים במשקל של כמה קילוגרמים.

אנשים למדו להשיג אבנים יקרות רבות באופן מלאכותי. לדוגמה, מיסבים לשעונים ולמכשירים מדויקים אחרים מיוצרים זה מכבר מאודם מלאכותי. גבישים יפים מתקבלים גם באופן מלאכותי, שאינם קיימים כלל בטבע - זרקוניה. קשה להבחין בזרקונים מיהלומים בעין - הם משחקים כל כך יפה באור.

אז מה זה קריסטלים? אילו תכונות יש להם? איך גדלים גבישים? כיצד והיכן משתמשים בהם כיום ומהם הסיכויים לשימוש בהם בעתיד? השאלות הללו עניינו אותי, וניסיתי למצוא להן תשובות.

עבודתי היא מחקרית, שכן יישומו משתמש בידע של מספר נושאים אקדמיים: פיזיקה, כימיה, ביולוגיה, מדעי המחשב. כתוצאה מהפעילות יצרתי מצגת "גבישים ויישומיהם", שיכולה לשמש בשיעורי פיזיקה וכימיה כעזר ויזואלי, וגבישים שגדלו מנחושת גופרתית ומלח שולחני.

יַעַד:

קבע את תחומי היישום העיקריים של גבישים מלאכותיים ובדוק באופן ניסיוני את האפשרות לגדל גבישים של מלח שולחני וסולפט נחושת ללא שימוש בציוד מיוחד.

כדי להשיג מטרה זו, עמדתי בפני הדברים הבאים

משימות:

• אסוף חומר על גבישים ותכונותיהם ממקורות ספרותיים ואינטרנטים.
• ערכו ניסויים בגידול גבישים של גופרת נחושת ומלח שולחן.
• שיטת חומר על גבישים: שימוש בקריסטלים מלאכותיים ושיטות גידולם.
• צור מצגת "קריסטלים ויישומים שלהם" למטרות חינוכיות.

1. חלק ראשי

1. קונספט קריסטל

גָבִישׁ (מהיוונית krystallos - "קרח שקוף") נקרא במקור קוורץ שקוף (גביש סלע), שנמצא בהרי האלפים. גביש הסלע נחשב בטעות לקרח, שהתקשה בקור עד כדי כך שהוא לא נמס עוד. בהתחלה תכונה עיקריתהקריסטל נראה בשקיפותו, והמילה הזו שימשה להחלה על כל המוצקים הטבעיים השקופים. מאוחר יותר החלו לייצר זכוכית שלא נחתה בזוהר ובשקיפות לחומרים טבעיים. חפצים עשויים מזכוכית כזו נקראו גם "קריסטל". גם היום, זכוכית של שקיפות מיוחדת נקראת בדולח, וכדור ה"קסם" של מגידי עתידות נקרא כדור בדולח.

תכונה מדהימה של גביש סלע ושל מינרלים שקופים רבים אחרים היא הקצוות החלקים והשטוחים שלהם. בסוף המאה ה-17. הבחינו שישנה סימטריה מסוימת בסידור שלהם ונמצא שלכמה מינרלים אטומים יש חתך טבעי טבעי. הייתה תחושה שאולי הצורה קשורה אליה מבנה פנימי. בסופו של דבר, הכל התחיל להיקרא קריסטלים. מוצקים, בעל חיתוך שטוח טבעי.

בנשקייה יש בגדים וכתרים של צארים רוסים, זרועים לגמרי בקריסטלים - אבני חן - אמטיסטים. בכנסיות עוטרו איקונות ומזבחים באמטיסטים.

הגבישים המפורסמים ביותר הם יהלומים, אשר לאחר חיתוך הופכים ליהלומים. אנשים ניסו לפענח את המסתורין של האבנים הללו במשך מאות שנים, וכאשר קבעו שיהלום הוא סוג של פחמן, אף אחד לא האמין בכך.

הניסוי המכריע בוצע בשנת 1772 על ידי הכימאי הצרפתי Lavoisier. בטבע נוצרים יהלומים במעמקי כדור הארץ בטמפרטורות ולחצים גבוהים מאוד. מדענים הצליחו ליצור במעבדה תנאים שבהם ניתן להשיג יהלומים מגרפיט רק 200 שנה מאוחר יותר. כיום מיוצרים עשרות טונות של יהלומים מלאכותיים. ביניהם יש יהלומים לצורכי תכשיטים, אך מרביתם משמשים לייצור כלים שונים.

1. קריסטלים בודדים ופולי-גבישים

גופים גבישיים יכולים להיות גבישים בודדים או פוליגריסטלים. גביש בודד נקרא גביש יחיד, בעל סריג גביש מסודר מקרוסקופי. יש להם צורה חיצונית קבועה מבחינה גיאומטרית, אך תכונה זו אינה חובה.

פוליגריסטלים הם גבישים קטנים בעלי אוריינטציה כאוטית שהתמזגו יחד - גבישים.

1. שיטות גידול קריסטל

במעבדה מגדלים גבישים בתנאים מבוקרים בקפידה על מנת להבטיח את התכונות הרצויות, אך באופן עקרוני נוצרים גבישי מעבדה באותו אופן כמו בטבע – מתמיסה, נמס או אדים. לפיכך, מגדלים גבישים פיזואלקטריים של מלח רושל תמיסה מימיתבְּ- לחץ אטמוספרי. גבישים גדולים של קוורץ אופטי גדלים גם מתמיסה, אך בטמפרטורות של 350-450 O C ולחץ 140 MPa. רובי מסונתז בלחץ אטמוספרי מאבקת תחמוצת אלומיניום מומסת בטמפרטורה של 2050 O ג. גבישי סיליקון קרביד המשמשים כחומר שוחקים מתקבלים מהאדים בכבשן חשמלי.

הגביש היחיד הראשון שהושג במעבדה היה אודם. כדי להשיג אודם, תערובת של אלומינה נטול מים המכילה תערובת גדולה או קטנה יותר של אשלגן קאוסטי עם בריום פלואוריד ומלח דיכרומופוטסיום. זה האחרון מתווסף כדי לצבוע את האודם, ונלקחת כמות קטנה של תחמוצת אלומיניום. התערובת מונחת בכור היתוך חרס ומחוממת (מ-100 שעות עד 8 ימים) בתנורי הדהוד בטמפרטורות של עד 1500 O ג.בסוף הניסוי מופיעה בכור היתוך מסה גבישית, והקירות מכוסים בגבישי אודם בצבע ורוד יפהפה.

השיטה הנפוצה השנייה לגידול גבישי אבני חן סינתטיות היא שיטת צ'וקרלסקי. זה כך: את ההיתוך של החומר שממנו אמורות להתגבש האבנים מניחים בכור כור עקשן עשוי מתכת עקשנית (פלטינה, רודיום, אירידיום, מוליבדן או טונגסטן) ומחממים במשרן בתדר גבוה. . זרע מחומר הגביש העתידי מורידים לתוך ההיתוך על פיר פליטה, ומגדלים עליו חומר סינטטי לעובי הנדרש. הפיר עם הזרע נמשך בהדרגה כלפי מעלה במהירות של 1-50 מ"מ לשעה עם צמיחה בו זמנית במהירות סיבוב של 30-150 סל"ד. סובב את הפיר כדי להשוות את טמפרטורת ההיתוך ולהבטיח פיזור אחיד של זיהומים. קוטר הגבישים הוא עד 50 מ"מ, אורך עד 1 מ' קורונדום סינטטי, ספינל, גרנטים ואבנים מלאכותיות אחרות גדלים בשיטת צ'וקרלסקי.

גבישים יכולים לצמוח גם כאשר אדים מתעבים - כך מתקבלות דפוסי פתיתי שלג על זכוכית קרה. כאשר מתכות נעקרות מתמיסות מלח בעזרת מתכות פעילות יותר, נוצרים גם גבישים. לדוגמה, לטבול מסמר ברזל בתמיסה של נחושת גופרתית היא תתכסה בשכבה אדומה של נחושת. אבל גבישי הנחושת המתקבלים כל כך קטנים שאפשר לראות אותם רק במיקרוסקופ. נחושת משתחררת על פני הציפורן מהר מאוד, ולכן הגבישים שלה קטנים מדי. אבל אם התהליך מואט, הגבישים יתבררו כגדולים. לשם כך, מכסים את סולפט הנחושת בשכבה עבה של מלח שולחן, שמים עליו עיגול של נייר סינון, ומעל - צלחת ברזל בקוטר מעט קטן יותר. כל שנותר הוא לשפוך לכלי תמיסה רוויה של מלח שולחן. סולפט הנחושת יתחיל להתמוסס לאט במלח. יוני נחושת (בצורת אניונים מורכבים ירוקים) יתפזרו כלפי מעלה באיטיות רבה לאורך ימים רבים; ניתן לראות את התהליך על ידי תנועת הגבול הצבעוני. לאחר שהגיעו ללוח הברזל, יוני הנחושת מצטמצמים לאטומים ניטרליים. אבל מכיוון שתהליך זה מתרחש באיטיות רבה, אטומי הנחושת מסתדרים עם גבישים מבריקים ויפים. לפעמים גבישים אלו יוצרים ענפים - דנדריטים.

1. יישום של גבישים.

קריסטלים טבעיים תמיד עוררו את סקרנותם של אנשים. הצבע, הברק והצורה שלהם נגעו בתחושת היופי האנושית, ואנשים קישטו איתם את עצמם ואת בתיהם. במשך זמן רב, אמונות טפלות נקשרו לגבישים; כמו קמעות, הם היו אמורים לא רק להגן על בעליהם מפני רוחות רעות, אלא גם להעצים אותם כוחות על טבעיים. מאוחר יותר, כאשר החלו לחתוך ולהבריק את אותם מינרלים כמו אבנים יקרות, אמונות טפלות רבות נשתמרו בקמעות "ברי מזל" ו"אבנים משלו" התואמות לחודש הלידה. כל אבני החן הטבעיות למעט אופל הן גבישיות, ורבות מהן, כמו יהלום, רובי, ספיר ואזמרגד, נמצאות כגבישים חתוכים להפליא.תכשיטי קריסטלפופולריים כעת כפי שהיו בתקופת הניאוליתית.

בהתבסס על חוקי האופטיקה, חיפשו מדענים מינרל שקוף, חסר צבע וללא פגמים שממנו ניתן לייצר עדשות באמצעות השחזה והברקה. גבישי קוורץ לא צבעוניים הם בעלי התכונות האופטיות והמכניות הנחוצות, והעדשות הראשונות, כולל למשקפיים, נעשו מהם. גם לאחר הופעתה של זכוכית אופטית מלאכותית, הצורך בקריסטלים לא נעלם לחלוטין; גבישים של קוורץ, קלציט וחומרים שקופים אחרים המעבירים קרינה אולטרה סגולה ואינפרה אדומה משמשים עדיין לייצור מנסרות ועדשות למכשירים אופטיים.

קריסטלים מילאו תפקיד חשוב בחידושים טכניים רבים של המאה ה-20. כמה קריסטלים יוצרים מטען חשמליכאשר מעוות. השימוש המשמעותי הראשון שלהם היהייצור מחוללי תדרי רדיו עם ייצוב על ידי גבישי קוורץ.באמצעות אילוץ לוחית קוורץ לרטוט בשדה החשמלי של מעגל נדנוד בתדר רדיו, ניתן לייצב את התדר הקולט או המשדר.

דיודות מוליכים למחצה משמשות במחשבים ומערכות תקשורת, טרנזיסטורים החליפו צינורות ואקום בהנדסת רדיו, ופאנלים סולאריים המוצבים על פני השטח החיצוניים של החללית ממירים אנרגיית שמש לאנרגיה חשמלית. מוליכים למחצה נמצאים בשימוש נרחב גם בממירי AC-DC.

קריסטלים בעלי תכונות פיזואלקטריות משמשים במקלטי רדיו ומשדרים, בראשי טנדר ובסונאר. גבישים מסוימים מווסתים את קרני האור, בעוד שאחרים מייצרים אור בהשפעת מתח מופעל. רשימת השימושים לקריסטלים כבר די ארוכה והיא הולכת וגדלה כל הזמן.

גבישים מלאכותיים.במשך זמן רב, האדם חלם לסנתז אבנים יקרות כמו אלה שנמצאות בטבע. עד המאה ה-20 ניסיונות כאלה לא צלחו. אבל בשנת 1902הצליח להשיג אבני אודם ואבני ספיר, בעל תכונות של אבנים טבעיות. מאוחר יותר, בסוף שנות הארבעים היואמרלדים מסונתזים, ובשנת 1955 חברת ג'נרל אלקטריק והמכון הפיזי של האקדמיה למדעים של ברית המועצות דיווחו על הייצוריהלומים מלאכותיים.

צרכים טכנולוגיים רבים עבור גבישים עוררו מחקר על שיטות לגידול גבישים בעלי תכונות כימיות, פיזיקליות וחשמליות ידועות מראש. מאמצי החוקרים לא היו לשווא, ונמצאו שיטות לגדל גבישים גדולים של מאות חומרים, שלרבים מהם אין אנלוגי טבעי. נמצא לעתים קרובות בטבע מוצקים, בעל צורה של polyhedra רגיל. גופים כאלה נקראו קריסטלים. חקר התכונות הפיזיקליות של גבישים הראה שצורה נכונה גיאומטרית אינה התכונה העיקרית שלהם.

זה תואם לחלוטין את העניין המדעי הנצחי של מדענים ברחבי העולם וכל תחומי הידע במושא מחקר זה. בסוף שנות ה-60 של המאה הקודמת החלה פריצת דרך מדעית רצינית בתחוםגבישים נוזליים, אשר הולידה את "מהפכת האינדיקטורים" להחלפת מנגנוני המצביע באמצעים לתצוגה ויזואלית של מידע. מאוחר יותר, המושג גביש ביולוגי (DNA, וירוסים וכו') נכנס למדע, ובשנות ה-80 של המאה העשרים - גביש פוטוני.

1. חלק מעשי

1. גידול קריסטלים בבית

גידול גבישים הוא תהליך מאוד מעניין, אבל די ארוך וקפדני.

כדאי לדעת אילו תהליכים שולטים בצמיחתו; למה חומרים שוניםיוצרים גבישים בצורות שונות, וחלקם אינם יוצרים אותם כלל; מה צריך לעשות כדי להפוך אותם לגדולים ויפים.

ניסיתי למצוא תשובות לשאלות הללו בעבודה שלי.

אם ההתגבשות מתקדמת לאט מאוד, מתקבל גביש אחד גדול (או גביש בודד) אם הוא מהיר, אז מתקבלים רבים קטנים.

גידלתי גבישים בבית בדרכים שונות.

שיטה 1 . קירור תמיסה רוויה של נחושת גופרתית. ככל שהטמפרטורה יורדת, מסיסות החומרים פוחתת והם משקעים. ראשית, גרעיני גביש זעירים מופיעים בתמיסה ועל דפנות הכלי. כאשר הקירור איטי ואין זיהומים מוצקים בתמיסה, נוצרים גרעינים רבים, והם הופכים בהדרגה לגבישים יפים בעלי צורה קבועה. עם קירור מהיר מופיעים גבישים קטנים רבים, כמעט לאף אחד מהם אין את הצורה הנכונה, כי רבים מהם גדלים והם מפריעים זה לזה.

על מנת לגדל גביש מנחושת גופרתית, הכנתי תמיסה רוויה על:

1. לשם כך לקחתי מים חמימים, המסתי בהם ויטריול והוספתי עד שהוא הפסיק להתמוסס.

2. יוצקים דרך מסנן (גזה) לכלי נקי אחר. שפכתי מים רותחים על המיכל כדי למנוע התגבשות מהירה של התמיסה על הקירות המלוכלכים.

3. הכינו את הזרע.

4. קשרתי אותו לחוט והורדתי אותו לתמיסה.

על מנת שהגביש יגדל באופן שווה מכל הצדדים, עדיף להשאיר את הזרע (גביש קטן) תלוי בתמיסה. לשם כך, הכנתי מגשר ממוט זכוכית. אגב, רצוי לקחת חוט חלק ודק, אולי משי, כדי שלא יווצרו עליו גבישים קטנים מיותרים. לאחר מכן, שמתי את התמיסה שלי במקום חמים. קירור איטי חשוב מאוד (כדי לקבל גביש גדול). ניתן לראות התגבשות תוך מספר שעות. מעת לעת אתה צריך לשנות או לעדכן את התמיסה הרוויה, וגם לנקות גבישים קטנים מהחוט. (נספח 1)

שיטה 2 - הסרה הדרגתית של מים מתמיסה רוויה.

במקרה זה, ככל שהמים מוסרים לאט יותר, כך התוצאה טובה יותר. השארתי כלי פתוח עם תמיסה של מלח שולחן ( מלח שולחן) בטמפרטורת החדר למשך 14 ימים, מכסים אותו בדף נייר - המים התאדו לאט, ואבק לא נכנס לתמיסה. הגביש הגדל הושעה בתמיסה רוויה על חוט חזק דק. הקריסטל התברר כגדול, אך חסר צורה - אמורפי. (נספח 1)

גידול קריסטלים הוא תהליך מעניין, אך הוא מצריך גישה זהירה וזהירה לעבודה שלך. תיאורטית, גודל הקריסטל שניתן לגדל כך בבית הוא בלתי מוגבל. ידועים מקרים שבהם חובבים קיבלו גבישים בגודל כזה שניתן היה להרים אותם רק בעזרת חבריהם.

אבל, למרבה הצער, יש כמה תכונות של האחסון שלהם. לדוגמה, אם גביש אלום נשאר פתוח באוויר יבש, הוא יאבד בהדרגה את המים שהוא מכיל ויהפוך לאבקה אפורה לא בולטת. כדי להגן עליו מפני הרס, אתה יכול לצפות אותו בלכה חסרת צבע. נחושת גופרתית ומלח שולחני יציבים יותר וניתן לעבוד איתם בבטחה.

בשנה שעברה, בכיתה ז', בשיעור כימיה, תוך כדי לימוד הנושא "תופעות המתרחשות עם חומרים", גידלנו הרבה אנשים לא הצלחנו בניסוי הזה. השנה אמרתי לילדי כיתה ז' איך עושים את המשימה הזו נכון וזה מה שהם עשו (ראה נספח 2).

סיכום

את כל תכונות גשמיות, שבזכותם גבישים נמצאים בשימוש נרחב כל כך, תלויים במבנה שלהם - הסריג המרחבי שלהם.

לצד גבישים במצב מוצק יש כיום שימוש נרחב בגבישים נוזליים, ובעתיד הקרוב נשתמש במכשירים הבנויים על גבישים פוטוניים.

בחרתי בשיטה המתאימה ביותר לגידול גבישים בבית ופידלתי גבישים של מלח ונחושת גופרתית. ככל שהגבישים גדלו, הוא ערך תצפיות ורשם שינויים.

קריסטלים הם יפים, אפשר לומר איזה נס, הם מושכים אותך; אומרים "איש נפש בדולח" על מישהו שיש לו נשמה טהורה. קריסטל פירושו לזרוח באור כמו יהלום. ואם אנחנו מדברים על גבישים עם גישה פילוסופית, אז אפשר לומר שזהו חומר המהווה קישור ביניים בין חומר חי לדומם. גבישים יכולים להיווצר, להזדקן ולהתמוטט. גביש, כאשר הוא גדל על זרע (על עובר), יורש את הפגמים של העובר הזה. אבל אם מדברים די ברצינות, עכשיו, אולי, אי אפשר לנקוב בדיסציפלינה אחת, לא תחום אחד של מדע וטכנולוגיה שיכול להסתדר בלי גבישים. הרופאים מתעניינים בסביבות שבהן מתרחשת התגבשות של אבנים בכליות, והרוקחים מתעניינים בטבליות שהן גבישים דחוסים. הספיגה והפירוק של טבליות תלוי באילו קצוות מכוסים המיקרו-גבישים הללו. ויטמינים, מעטפת המיאלין של עצבים, חלבונים ווירוסים הם כולם גבישים.

לקריסטל תכונות מופלאות הוא מבצע מגוון פונקציות. תכונות אלו טבועות במבנה שלו, בעל מבנה סריג תלת מימדי. קריסטלוגרפיה היא לא מדע חדש. M.V. Lomonosov עומד במקורותיו. גידול גבישים התאפשר הודות למחקר של נתוני מינרלוגיה על היווצרות גבישים בתנאים טבעיים. על ידי לימוד טבעם של הגבישים, הם קבעו את ההרכב ממנו צמחו ואת התנאים לגדילתם. ועכשיו תהליכים אלה מחקים, משיגים גבישים עם מאפיינים מוגדרים. כימאים ופיזיקאים לוקחים חלק בייצור גבישים. אם הראשונים מפתחים טכנולוגיית צמיחה, האחרונים קובעים את תכונותיהם. האם ניתן להבחין בין גבישים מלאכותיים לבין טבעיים? לדוגמה, יהלום מלאכותי עדיין נחות מיהלום טבעי באיכותו, כולל הברק. יהלומים מלאכותיים אינם מעוררים שמחת תכשיטים, אך הם מתאימים למדי לשימוש בטכנולוגיה, ובמובן זה הם בשוויון נפש עם הטבעיים. שוב, מגדלים חצופים (מה שנקרא כימאים המגדלים גבישים מלאכותיים) למדו לגדל את מחטי הקריסטל המשובחות ביותר עם חוזק גבוה במיוחד. זה מושג על ידי מניפולציה של הכימיה של המדיום, הטמפרטורה, הלחץ והחשיפה לתנאים נוספים אחרים. וזו כבר אומנות שלמה, יצירתיות, שליטה - המדעים המדויקים לא יעזרו כאן.

הנושא "קריסטלים" רלוונטי, ואם תתעמק בו ותעמיק, הוא יעניין את כולם, ייתן תשובות לשאלות רבות, והכי חשוב - השימוש הבלתי מוגבל בקריסטלים. קריסטלים הם מסתוריים במהותם וכל כך יוצאי דופן שבעבודתי רק סיפרתי חלק קטןמה ידוע על גבישים והיישומים הנוכחיים שלהם. יכול להיות שמצב החומר הגבישי הוא הצעד שאיחד את העולם האנאורגני עם עולם החומר החי. עתיד הטכנולוגיות העדכניות ביותרשייך לגבישים ואגרגטים גבישיים!

על סמך המחקר שלי הגעתי למסקנות הבאות:מסקנות:

• קריסטלים שגדלו באופן מלאכותי משמשים במגוון רחב של תחומים: רפואה, הנדסת רדיו, בניית מטוסים, אופטיקה ועוד רבים אחרים.
• התקופה להשגת גבישים מלאכותיים קצרה בהרבה מתהליך היווצרותם הטבעית. מה שהופך אותם לנגישים יותר לשימוש.
• אתה יכול לגדל קריסטלים בבית אפילו בזמן קצר.

בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה

1. כִּימִיָה. קורס מבוא. כיתה ז': חינוכית. הטבה / O.S. Gabrielyan, I.G. אוסטרומוב, א.ק. אחלבינין. – מהדורה 6, M.: Bustard, 2011.
2. כִּימִיָה. כיתה ז': חוברת עבודה עבור ספר לימוד O.S. Gabrielyan וחב' "כימיה. קורס מבוא. כיתה ז'/ O.S. Gabrielyan, G.A. שיפרבה. – מהדורה שלישית, - M.: Bustard, 2011.
3. Landau L.D., Kitaigorodsky A.I. פיזיקה לכולם, ספר 2. מולקולות - מ', 1978.
4. מילון אנציקלופדי של כימאי צעיר. / Comp. V.A. Kritsman, V.V. Stanzo.-M., 1982.
5. אנציקלופדיה לילדים. כרך 4. גיאולוגיה. / Comp. רחוב. Ismailova.-M., 1995.
6. משאבי אינטרנט:

http://www.krugosvet.ru - אנציקלופדיה מסביב לעולם.

http://ru.wikipedia.org/ - אנציקלופדיה של ויקיפדיה.

http://www.kristallikov.net/page6.html - איך לגדל קריסטל.

נספח 1.

יומן תצפית

נספח 2

קריסטלים שגדלו על ידי תלמידי כיתה ז'

כתוביות שקופיות:

יישומים של גבישים
קישוטים
עדשות
הכינו את הזרע

יַעַד
: לקבוע את תחומי היישום העיקריים של גבישים מלאכותיים ולבדוק באופן ניסיוני את האפשרות לגדל גבישים של מלח שולחן וסולפט נחושת ללא שימוש בציוד מיוחד.
משימות:

אסוף חומר על גבישים ותכונותיהם.
ערכו ניסויים בגידול גבישים של גופרת נחושת ומלח שולחן.
שיטת חומר על גבישים: תכונות פיזיקליות של גבישים ויישומים שלהם.
צור מצגת "קריסטלים והיישומים שלהם".
2. עקירה של מתכות מתמיסות מלח בעזרת מתכות פעילות יותר.
העביר את התמיסה דרך מסנן
תודה לך על תשומת הלב
יישומים עיקריים של גבישים מלאכותיים
הושלם על ידי תלמיד כיתה ח'
פטיסוב ניקולאי
מְפַקֵחַ
סיזוצ'נקו
א.י. ,
מורה לפיזיקה
החינוך התיכוני העירוני
מוֹסָד
"חינוך כללי בסיסי
בית ספר מס' 24"
נובוקוזנצק, 2014
מסקנות
גבישים שגדלו באופן מלאכותי משמשים במגוון תחומים: רפואה, הנדסת רדיו,
מכונית-מטוס
מבנה, אופטיקה ועוד רבים אחרים.
התקופה להשגת גבישים מלאכותיים קצרה בהרבה מתהליך היווצרותם הטבעית. מה שהופך אותם לנגישים יותר לשימוש.
אתה יכול לגדל קריסטלים בבית אפילו בזמן קצר.
שיטות גידול קריסטל
שיטה
צ'וקרלסקי
- כור היתוך
שיטה:
להמיס
חומר שממנו
אמור להתגבש
אבנים מונחות במחסן חסין אש
מַצרֵף
עשוי ממתכת עקשנית (פלטינה, רודיום,
אירידיום
, מוליבדן או טונגסטן) ומחומם פנימה
תדר גבוה
מַשׁרָן.
(אבני חן: אודם)
כור היתוך חרס
גידול קריסטלים בבית
שיטה 1
: קירור איטי של תמיסה רוויה
הכנת פתרון רווי-על
פוליקריסטלים
מונו-גבישים
קריסטלים שגדלו על ידי תלמידי כיתה ז'
גבישים נוזליים
קריסטלים
- אלה מוצקים
חומרים,

בעל טבעי
צורה חיצונית
פוליהדרה סימטרית רגילה
, מבוסס
עַל
הפנימי שלהם
מִבְנֶה
דיודות מוליכים למחצה, טרנזיסטורים, פאנלים סולאריים
שיטה 2:
הסרה הדרגתית של מים מתמיסה רוויה

IN
במקרה זה, ככל שהמים מוסרים לאט יותר, כך התוצאה טובה יותר.

אתה צריך לעזוב את הכלי
עם פתרון שולחן
מלח,
מכסים אותו בדף נייר, תוך כדי מים
מתאדה
לאט, והאבק לא נכנס לתמיסה
להיטים.

גָבִישׁ
זה יצא גדול, אבל חסר צורה - אמורפי.

יישומים של גבישים במדע וטכנולוגיה היישומים של גבישים במדע ובטכנולוגיה הם כה רבים ומגוונים עד שקשה לפרט אותם.

יהלום המינרלים הטבעיים הקשים והנדירים ביותר, יהלום. כיום, יהלום הוא בעיקר אבן פועל, לא אבן קישוט.

בשל קשיותו יוצאת הדופן, היהלום ממלא תפקיד עצום בטכנולוגיה. מסורי יהלום משמשים לחיתוך אבנים. מסור יהלום הוא דיסק פלדה מסתובב גדול (בקוטר של עד 2 מטר), שבשוליה מבצעים חיתוכים או חיתוכים. אבקת יהלומים עדינה מעורבת עם חומר דבק כלשהו משופשפת לתוך החתכים הללו. דיסק כזה, מסתובב במהירות גבוהה, מנסר במהירות כל אבן.

ליהלום יש חשיבות עצומה בעת קידוח סלעים ובפעולות כרייה. נקודות יהלום מוכנסות לכלי חריטה, מכונות חלוקה, מכשירי בדיקת קשיות ומקדחות לאבן ומתכת. אבקת יהלומים משמשת לטחינת והברקה של אבנים קשות, פלדה מוקשה, סגסוגות קשות וסופר-קשות. את היהלום עצמו ניתן לחתוך, ללטש ולחרוט ביהלום בלבד. חלקי המנוע הקריטיים ביותר בייצור כלי רכב ומטוסים מעובדים באמצעות חותכי יהלומים ומקדחות.

רובי וספיר הם בין האבנים היפות והיקרות שבין האבנים היקרות. לכל האבנים הללו תכונות אחרות, צנועות יותר, אך שימושיות. אודם אדום בדם וספיר כחול הם אחים, הם בדרך כלל אותו מינרל קורונדום, תחמוצת אלומיניום A 12 O 3. ההבדל בצבע נוצר בגלל זיהומים קטנים מאוד בתחמוצת אלומיניום: תוספת לא משמעותית של כרום הופכת קורונדום חסר צבע לדם אודם אדום, תחמוצת טיטניום לספיר. יש קורונדומים של צבעים אחרים. יש להם גם אח צנוע, לא ברור: אמרי קורונדום חום, אטום, עדין, המשמש לניקוי המתכת שממנה עשוי נייר זכוכית. קורונדום, על כל סוגיו, היא אחת האבנים הקשות ביותר על פני כדור הארץ, הקשה ביותר אחרי יהלום.

כל תעשיית השעונים פועלת על רובי מלאכותי. במפעלי מוליכים למחצה, המעגלים המשובחים ביותר נמשכים עם מחטי אודם. בתעשיית הטקסטיל והכימיה, מדריכי חוט אודם שואבים חוטים מסיבים מלאכותיים, ניילון וניילון.

קרן לייזר עוצמתית עם עוצמה אדירה. הוא נשרף בקלות דרך מתכת, מרתך חוטי מתכת, נשרף דרך צינורות מתכת וקודח את החורים הדקים ביותר בסגסוגות קשות ויהלומים. פונקציות אלה מבוצעות על ידי לייזר מוצק, המשתמש באודם, נופך ונאודיט. בניתוחי עיניים משתמשים לרוב בלייזרי ניאודיין ובלייזרי אודם. במערכות קרקעיות לטווח קצר, משתמשים לעתים קרובות בלייזרי הזרקת גליום ארסניד.

צור, אמטיסט, ג'ספר, אופל, כלקדוני הם כולם זנים של קוורץ. גרגירים קטנים של קוורץ יוצרים חול.

והזן היפה והנפלא ביותר של קוורץ הוא גביש סלע, ​​כלומר גבישי קוורץ שקופים. לכן, עדשות, מנסרות וחלקים אחרים של מכשירים אופטיים עשויים מקוורץ שקוף. התכונות החשמליות של הקוורץ מדהימות במיוחד. אם אתה דוחס או מותח גביש קוורץ, מטענים חשמליים מופיעים בקצוות שלו. זהו האפקט הפיאזואלקטרי בגבישים.

כיום, לא רק קוורץ משמש כפייזואלקטרי, אלא גם חומרים רבים אחרים, בעיקר מסונתזים באופן מלאכותי: מלח סינטטי, בריום טיטנאט, אשלגן ואמוניום דימימן פוספטים (KDA ו-ADR) ועוד רבים אחרים. גבישים פיזואלקטריים נמצאים בשימוש נרחב לשחזור, הקלטה והעברת צליל.

קיימות גם שיטות פיזואלקטריות למדידת לחץ דם בכלי דם אנושיים ולחץ מיצים בגבעולים ובגזעים של צמחים. לוחות פיזואלקטריים משמשים למדידת למשל את הלחץ בקנה של אקדח ארטילרי בעת ירי, הלחץ ברגע פיצוץ הפצצה והלחץ המיידי בצילינדרים של המנוע בעת פיצוץ גזים חמים בהם.

התעשייה האדקטרו-אופטית היא תעשיית הקריסטלים שאין להם מרכז סימטריה. תעשייה זו היא מאוד גדולה ומגוונת המפעלים שלה גדלים ומעבדים מאות סוגי גבישים לשימוש באופטיקה, אקוסטיקה, רדיו אלקטרוניקה וטכנולוגיית לייזר.

החומר הפולי-גבישי פולארויד מצא את השימוש שלו גם בטכנולוגיה. פולארויד הוא סרט שקוף דק, מלא לחלוטין בגבישים זעירים בצורת מחט שקוף של חומר שמפרק את האור בשנית ומקטב אותו. כל הגבישים ממוקמים במקביל זה לזה, כך שכולם מקטבים באופן שווה את האור העובר דרך הסרט. סרטי פולארויד משמשים במשקפי פולארויד. פולארואידים מבטלים את בוהק האור המוחזר, ומאפשרים לכל שאר האור לעבור דרכו. הם הכרחיים עבור חוקרי הקוטב, שצריכים להסתכל כל הזמן על ההשתקפות המסנוורת של קרני השמש משדה שלג קפוא.

משקפי פולארויד יסייעו במניעת התנגשויות עם מכוניות מתקרבות, מה שקורה לעיתים קרובות מכיוון שהאורות של המכונית המתקרבת מסנוורים את הנהג, והוא לא רואה את המכונית הזו. אם שמשות המכוניות והמשקפיים של פנסי הרכב עשויים מפולארויד, ושני השדות של הרואיד מסובבים כך שהצירים האופטיים שלהם מוזזים, אז השמשה הקדמית לא תכניס את האור של פנסי מכונית מתקרבת, וכן "יכבה את זה".

קריסטלים מילאו תפקיד חשוב בחידושים טכניים רבים של המאה ה-20. גבישים מסוימים יוצרים מטען חשמלי כאשר הם מעוותים. היישום המשמעותי הראשון שלהם היה ייצור מתנדים בתדר רדיו מיוצב על ידי גבישי קוורץ. באמצעות אילוץ לוחית קוורץ לרטוט בשדה החשמלי של מעגל נדנוד בתדר רדיו, ניתן לייצב את התדר הקולט או המשדר.

מכשירי מוליכים למחצה, שחוללו מהפכה באלקטרוניקה, עשויים מחומרים גבישיים, בעיקר סיליקון וגרמניום. במקרה זה, זיהומי סגסוגת המוכנסים לסריג הגביש ממלאים תפקיד חשוב. דיודות מוליכים למחצה משמשות במחשבים ומערכות תקשורת, טרנזיסטורים החליפו צינורות ואקום בהנדסת רדיו, ופאנלים סולאריים המוצבים על פני השטח החיצוניים של החללית ממירים אנרגיית שמש לאנרגיה חשמלית. מוליכים למחצה נמצאים בשימוש נרחב גם בממירי AC-DC.

קריסטלים משמשים גם בחלק מהמאזרים להגברת גלי מיקרוגל ובלייזרים להגברת גלי האור. קריסטלים בעלי תכונות פיזואלקטריות משמשים במקלטי רדיו ומשדרים, בראשי טנדר ובסונאר. גבישים מסוימים מווסתים את קרני האור, בעוד שאחרים מייצרים אור בהשפעת מתח מופעל. רשימת השימושים לקריסטלים כבר די ארוכה והיא הולכת וגדלה כל הזמן.