تک‌بلور

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
یک بلور بزرگ مونوپتاسیم فسفات رشد یافته از یک بذر بلور در محلول آبی فوق اشباع در آزمایشگاه لیورمور که به ورقه هایی تقسیم و در تاسیسات ملی احتراق و علوم فوتونی برای دو و سه برابر کردن فرکانس به کار می رود.

تک‌بلور(به انگلیسی: single crystal) به بلورهایی گفته می‌شود که ساختار بلوری کل نمونه پیوسته و تا لبه آن ناشکسته و بدون مرزدانه باشد. نبود عیوب مربوط به مرزدانه ها می تواند به تک کریستال ها خواص منحصر به فردی بدهد، به خصوص خواص مکانیکی ، نوری و الکتریکی، که همچنین بسته به نوع ساختار بلورشناختی می تواند ناهمسانگرد باشد. این خواص، علاوه بر این که موجب گرانبها شدن برخی جواهرات شده، در وسایل تکنولوژیکی، مخصوصا در نورشناسی و الکترونیک به کار می رود. به دلیل اینکه اثرات آ‌نتروپی به حضور عیوب در ریز ساختار جامدات، مانند ناخالصی، کشش ناهمگن و ناکاملی های بلوری مانند نابجایی ها کمک می کند، تک بلور های عالی با اندازه قابل توجه در طبیعت بسیار کمیاب و همچنین ساخت آنها در آزمایشگاه بسیار سخت است. بنابراین آنها را در شرایط کنترل شده می توان ساخت. از طرفی دیگر، تک بلورهای ناقص می توانند در طبیعت به اندازه های بسیار بزرگ برسند. گونه های معدنی زیادی مانند سیلیکات بریلیوم و الومینیوم، سنگ گچ و فلدسپات ها با بلور هایی به ادازه چندین متر شناخته شده اند. در مقابل تک بلور، ساختار آمورف یا بی‌ریخت قرار دارد که موقعیت اتمی فقط به مرتبه بازه کوتاه محدود می شود. در بین این دو محدوده، چندبلور قرار دارد که از تعدادی بلور کوچکتر به نام کریستالیت تشکیل شده است.

کاربردها[ویرایش]

صنعت نیمه هادی ها[ویرایش]

سیلیکون تکبلوری در ساخت نیمه هادی ها به کار می رود. در مقیاس کوانتوم که ریزپردازنده ها کار می کنند، حضور مرزدانه ها اثر قابل توجهی بر کارکرد ترانزیستور اثر میدان با تغییر خواص الکتریکی موضعی دارد. به همین خاطر سازندگان ریزپردازنده ها سرمایه گذاری های کلانی را بر روی تاسیسات ساخت تک بلور های سیلیکون انجام داده اند.

نورشناسی[ویرایش]

تک بلور های یاقوت کبود و سایر مواد در لیزرها (تولید نور به روش گسیل القایی) و اپتیک غیرخطی به کار می رود. همچنین تک بلور های فلئوریت گاهی اوقات در عدسی های شیئی تلسکوپ چشمی به کار می رود.[نیازمند منبع]

علم مواد[ویرایش]

یکی دیگر از کاربردهای تک بلور های جامد در علم مواد ساختن مواد مستحکمی است که در دماهای بالا خزش کمی دارند، مانند پره های توربین. [۱][۲] در اینجا، نبود مرزدانه ها در عملا استحکام تسلیم را کاهش می دهد ولی مهمتر از آن باعث کاهش مقدار خزش می شود که برای ابزار های یا ابعاد دقیق و دمای بالا بحرانی است.

یک تک‌بلور کوارتز رشد داده‌شده به روش هیدروترمال

هادی های الکتریکی[ویرایش]

مس تک بلوری هدایت الکتریکی بهتری نسبت به مس چندبلوری دارد.[۳] از سال 2009 هیچ تک بلور مسی به صورت صنعتی ساخته نشده است، ولی روش های ساخت تک بلور بسیار بزرگ برای هادی های مس در وسایل الکتریکی با دقت بالا گسترش یافته است. از این بلورها می توان به فرا-نک بلور ها یاد کرد که تنها چند بلور در هر متر طول آنها وجود دارد.

در تحقیق[ویرایش]

تک بلور ها در تحقیقات از جمله در فیزیک ماده چگال و دانش مواد به کار می روند. مطالعات دقیق تر ساختار های بلوری به وسیله تکنیک هایی از جمله پراکندگی اتم هلیم و پراش براگ با تک بلورها بسیار ساده تر است. فقط در تک بلورها مطالعه بستگی خاصیتهای گوناگون به جهت قابل مطالعه است.در بحث ابر رساناها یعضی از مواد وجود دارند که ابر رسانایی فقط در گونه تک بلوری دیده می شود. گاهی اوقات این مواد را فقط به همین خاطر رشد می دهند، حتی زمانی که در سایر موارد فقط به حالت چند بلوری به کار می روند.

ساخت[ویرایش]

روش های مورد استفاده در ساخت تک بلور های سیلیکون و فلز کریستالیزاسیون بسیار کنترل شده و در نتیجه فرآیند نسبتا آهسته ای دارند. از روشهای مخصوص جهت ساخت تک بلورهای بزرگ می توان به فرآیند چوخرالسکی و تکنیک بریجمن اشاره کرد. روشهای دیگر کریستالیزاسیون ممکن است با توجه به خواص فیزیکی ماده به کار رود. از جمله این روش ها می توان به روش سنتز هیدروترمال، تصعید و تبلور مجدد اشاره کرد.

فنآوری دیگری که برای ساخت مواد تک بلوری بکار می رود، رونشست یا اپیتکسی نام دارد. از سال 2009، این فرآیند جهت ته نشین کردن لایه های بسیار نازک (در مقیاس میکرو تا نانو) از مواد یکسان یا متفاوت بر سطح تک بلور موجود استفاده می شود. کاربردهای این روش در صنایع نیمه هادی با استفاده احتمالی در زمینه نانوفنآوری و تجزیه است.

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. Spittle, Peter. "Gas turbine technology" رولز-رویس پی‌ال‌سی, 2003. Retrieved: 21 July 2012.
  2. Crown jewels - These crystals are the gems of turbine efficiency Article on single crystal turbine blades memagazine.com
  3. Cho, Yong Chan; Seunghun Lee, Muhammad Ajmal, Won-Kyung Kim, Chae Ryong Cho, Se-Young Jeong, Jeung Hun Park, Sang Eon Park, Sungkyun Park, Hyuk-Kyu Pak, and Hyoung Chan Kim (March 22, 2010). "Copper Better than Silver: Electrical Resistivity of the Grain-Free Single-Crystal Copper Wire". Crystal Growth & Design 10: 2780–2784. DOI:10.1021/cg1003808. Retrieved 1 June 2011.