up
Search      menu
زمین شناسی,جغرافیا :: مقاله بلور PDF
QR code - بلور

بلور

بلور شکلي از ماده جامد است که در آن مولکولها ٬ اتمها و يونها با آرايشي منظم در کنار يکديگر قرار دارد . تکرار اين آرايش منظم در سه جهت فضايي سبب بزرگتر شدن بلور مي شود . نظم بيروني بلورها ٬ بر اثر نظم دروني آنهاست. بدليل همين نظم ٬ سطحهاي خارجي بلورها صاف و هموار هستند . اين سطحهاي صاف با يکديگر زاويه هايي مي سازند که اندازه هاي آنها در بلورهاي يک ماده همواره ثابت است . يکي از راههاي تشخيص بلورها ٬ از يکديگر اندازه گيري زاويه بين سطحهاي آنهاست . بلورها به شکلهاي مکعب ٬ منشور ٬ هرم و چند وجهيهاي مختلف هستند و معمولا سطحها و زاويه هاي هر شکلي از آنها مشابه و قرينه يکديگرند .
تبلور
بلورها بر اثر تغيير فشار و دما در محلولها ٬ مواد مذاب ٬ مواد جامدو بخار بوجود مي آيد . مثلا بر اثر کاهش دما بلورهاي برف ٬ از ابر و بلورهاي نمک طعام از آب شور درياچه هاي نمکي جدا مي شوند . غلظت آب اين درياچه هاي شور ٬ بر اثر تبخير يا کاهش دما ٬ به حالت اشباع و فوق اشباع در مي آيد و بلورهاي نمک از آن جدا مي شود . بلورهاي تشکيل دهنده سنگهاي آذرين از سرد شدن ماگما ( سنگهاي ذوب شده درون زمين ) به وجود مي آيند . بلورهاي سنگهاي دگرگون مانند سنگ مرمر از تاثير دما و فشار زياد بر سنگهاي ديگر شکل مي گيرند . به فرآيند تشکيل بلورها تبلور گفته مي شود .
هنگامي که دما يافشار تغيير مي کند و يا تبخير روي مي دهد و شرايط مناسب تبلور ايجاد مي شود ٬ اتمهاي مواد به يکديگر مي پيوندند . اين اتمها معمولا در اطراف ذرات موجود در محيط جمع مي شوند . اين ذرات هسته تبلور ناميده مي شوند . هسته تبلور از ذرات ناخالص يا بلورهاي خرد شده يک ماده تشکيل مي شود . گاهي نيز شماري از اتمهاي ماده اصلي کنار هم قرار مي گيرند و هسته تبلور را مي سازند . اتمهاي ديگر نيز به تدريج در اطراف اين هسته جمع مي شوند و با آرايشي منظم در کنار يکديگر قرار مي گيرند . کوچکترين واحد ساختاري منظم هر بلور را سلول اوليه آن بلور مي نامند .
دستگاههاي بلورشاختي
در طبيعت شکل سلول اوليه در بلور کانيهاي مختلف تفاوت دارد . به طور کلي شش نوع سلول اوليه در نتيجه شش نوع بلور کاني وجود دارد . هر يک از اين شش نوع بلور متعلق به يک دستگاه بلور شناختي است . دستگاههاي بلور شناختي عبارتند از مکعبي ٬مربعي ٬راست لوزي ٬تک شيب ٬سه شيب ٬. شش وجهي .
در دستگاه مکعبي هر سه محور ( سه جهت فضايي ) يا هم مساوي و بر هم عمود هستند مانند بلورهاي نمک طعام و سولفيد آهن .
دستگاه مربعي
:فقط دو محور با هم مساوي هستند اما اندازه محور سوم با آنها يکي نيست . اين سه محور نيز بر هم عمود هستند . در اين دستگاه ساده ترين بلور به شکل منشور است که سطح قاعده آن مربع است مانند بلورهاي اکسيد قلع و اکسيد تيتان .
دستگاه راست لوزي
:محورها نا مساوي اما بر يکديگر عمود هستند . ساده ترين بلور در اين دستگاه منشوري است که قاعده آن به شکل لوزي يا مستطيل است . مانند بلورهاي گوگرد و کربنات کلسيم .
دستگاه تک شيب
:سه محور نابرابرند و دو تا از آنهابر هم عمودند مانند بلورهاي ميکا٬ تالک و گچ آبدار.
دستگاه سه شيب
:سه محور نابرابرند و هيچيک بر هم عمود نيستند . در بلور ساده سه شيب همه وجه ها متوازي الاضلاع هستند . مانند بلورهاي گروهي از فلدسپاتها .
دستگاه شش وجهي
:چهار محور وجود دارد که طول سه محور آن برابر است . اين سه محور در يک صفحه قرار دارندو با هم زاويه ١٢٠ درجه مي سازند . محورچهارم عمود بر آنهاست مانند بلورهاي کوارتز .
در هر يک از دستگاهها ٬ بلورها را بر اساس تقارن موجود در آنها به رده هايي تقسيم
مي کنند . در شش دستگاه بلور شناختي ٣٢ رده بلوري تشخيص داده شده است .
هنگام تشکيل بلورها ٬ اگر فضا و زمان و شرايط مناسب وجود داشته باشد بلورهاي درشتي بوجود مي آيند . اين بلورها را بصورت تک بلور مي توان مشاهده و بررسي کرد و رده و دستگاه بلور شناختي آنها را مشخص کرد . اگر شرايط مناسب نباشد ٬ بلورها به اندازه هاي کوچکتر و بصورت مجموعه ها و توده هاي ريز تشکيل مي شوند . گاهي بلورها به قدري ريزهستند که نمي توان آنها را با چشم ديد و براي مطالعه آنهاازذره بين ٬
ميکروسکوپهاي نوري و الکتروني و اشعه ايکس استفاده مي شود .
مقدمه
با نگاه کردن به ساختار داخلي بلورها ، دانشمندان امروزه مي‌دانند که بلورها به اين دليل هميشه شکلهاي منظم و قابل شناسليي دارند که اتمهاي داخل آنها هميشه به شکل الگوهاي مشخصي که شبکه نام دارند در کنار يکديگر قرار مي‌گيرند. خواص يک بلور به شبکه آن بستگي دارد. به عنوان مثال الماس به اين دليل بسيار سخت است که اتمهاي آن با پيوندهاي بسيار قوي به هم متصل شده‌اند و يک شبکه مستحکم را بوجود آورده‌اند. دانشمندان شبکه بلورها را با استفاده از اشعه ايکس مطالعه مي‌کنند. اين مطالعات آشکار ساخته است که همه بلورها را مي‌توان فقط به هفت ساختار پايه طبقه بندي کرد، که با ساختار شبکه هر بلور تعيين مي‌شود.
تاريخچه
در پي کشف پراش اشعه‌هاي ايکس توسط رونتگن و انتشار يک رشته محاسبات و پيش‌بينيهاي ساده و موفقيت آميز در مورد ويژگيهاي بلورين ، بررسي ساختارهاي بلوري بصورت دقيقتر شروع گرديد. ناظرهاي اوليه با توجه به نظم شکل خارجي بلورها به اين نتيجه رسيدند که بلورها از تکرار منظم سنگ بناهاي همانند بوجود مي‌آيند. زماني که بلوري در شرايط محيطي ثابت رشد مي‌کند، شکل آن در حين رشد تغيير نمي‌کند، گويي سنگ بناهاي همانند بطور پيوسته به آن افزوده مي‌شوند. اين سنگ بناها ، اتمها يا گروههايي از اتمها هستند، که بلور يک آرايه متناوب سه بعدي از اتمهاست. اين موضوع با اين کشف کاني شناسان در قرن هيجدهم که اعداد شاخص جهتهاي تمام وجوه بلور اعداد درستند، آشکار شد.
آزمايش ساده
يک ليوان معمولي برداشته و آن را از آب پر کنيد. حال مقداري شکر در داخل ليوان ريخته و آن را با قاشق به هم بزنيد، تا شکر کاملا در آب حل گردد. اين عمل را تا جايي ادامه بدهيد که ديگر شکر اضافه شده به آب ليوان در آن حل نشود و در ليوان ته نشين گردد. چنين محلولي را اصطلاحا محلول اشباع شده آب و شکر مي‌گويند. حال يک دانه حبه قند را که قسمتي از آن شکسته شده است و بصورت مکعب کامل نمي‌باشد، انتخاب کنيد.
حال حبه قند را بوسيله يک تکه نخ بسته و در داخل ليوان آويزان کنيد. بعد از چند روز ملاحظه مي‌کنيد که قسمت شکسته شده حبه قند کاملا ترميم يافته و حبه قند بصورت مکعب کامل در آمده است. اين آزمايش نمونه بسيار ساده از رشد بلور است.
ساختار کلي
بلور ايده آل از تکرار بي پايان واحدهاي ساختاري همانند در فضا بوجود مي‌آيد. در ساده‌ترين بلورها ، مانند مس ، نقره ، آهن و فلزات قليايي ، اين واحدهاي ساختاري يک تک اتم است. در اکثر مواد واحد ساختاري شامل چندين اتم يا ملکول است. در بلورهاي معدني اين تعداد تا حدود 100 و در بلورهاي پروتئين به 10000 مي‌رسد. ساختار تمام بلورها بر حسب شبکه‌اي که به هر نقطه آن گروهي از اتمها متصل هستند، توصيف مي‌گردد، اين گروه اتمها را پايه مي‌گويند، پايه در فضا تکرار مي‌شود تا ساختار بلور را تشکيل دهد.
ساختار بلوري غير ايده آل
از نظر بلورنگاران کلاسيک ، بلور ايده‌آل از تکرار دوره‌اي واحدهاي يکسان در فضا شکل مي‌گيرد. ولي هيچ دليل عمومي وجود ندارد که بلور ايده‌آل حالت مينيمم انرژي اتمها در صفر مطلق باشد. در طبيعت ساختارهاي بسياري وجود دارند که با آنکه منظم هستند، کاملا دوره نيستند. نظر ايده‌آل بلورنگاران لزوما يک قانون طبيعت نيست. بعضي از ساختارهاي غير دوره‌اي ممکن است فقط فرا پايدار باشند و طول عمر بسيار درازي داشته باشند.
انوع ساختار بلوري
انواع مختلف ساختارهاي بلوري وجود دارند که چند مورد از ساختارهاي بلوري ساده و مورد توجه همگاني عبارتند از:
* بلور مکعبي مرکز سطحي (fcc) :
در اين حالت سلول ياخته بسيط ، لوزي رخ است. بردارهاي انتقال بسيط نقطه شبکه واقع در مبدا را به نقاط شبکه واقع در مراکز وجوه وصل مي‌کنند.
* بلور مکعبي مرکز حجمي (bcc) :
در اين حالت ياخته بسيط لوزي رخي است که هر ضلع آن برابر است و زاويه بين اضلاع مجاور است.
* بلور کلريد سديم Nacl :
در اين حالت پايه شامل يک اتم Na و يک اتم Cl است که به اندازه نصف تعداد اصلي مکعب يکه از هم فاصله دارند.
* بلور کلريد سزيم CsCl :
در اين حالت در هر ياخته بسيط يک مولکول وجود دارد. هر اتم در مرکز مکعبي متشکل از اتمهاي نوع مخالف قرار دارد.
* ساختار بلوري تنگ پکيده شش گوش (hcp) :
در اين ساختار مکانهاي اتمي يک شبکه فضايي را بوجود نمي‌آورند. شبکه فضايي يک شش گوشي ساده است که به هر نقطه شبکه آن پايه‌اي با دو اتم يکسان مربوط مي‌شود.
* ساختار الماسي :
در اين حالت شبکه فضايي fcc است. اين ساختار نتيجه پيوند کووالانسي راستايي است.
* ساختار مکعبي سولفيد روي ZnS :
ساختار الماس را مي‌توان بصورت دو ساختار fcc که نسبت به يکديگر به اندازه يک چهارم قطر اصلي جابجا شده‌اند، در نظر گرفت. ساختار مکعبي سولفيد روي از قرار دادن اتمهاي Zn روي يک شبکه fcc و اتمهاي S رويي شبکه fcc ديگر نتيجه مي‌شود.
* ساختار شش گوشي سولفيد روي (و ورلستاين):
اگر فقط اتمهاي همسايه اول را در نظر بگيريد، نمي‌توان بين دو حالت ZnS مکعبي و شش گوشي فرق گذاشت. اما اگر همسايه‌هاي دوم را در نظر بگيريم مي‌توان اين دو حالت را از هم تمييز داد.
علت مطالعه ساختارهاي بلوري
از آنجا که بيشترقطعات الکترونيکي مانند ديود ، ترانزيستور و ... از بلورها ساخته مي‌شود. همچنين به دليل گسترش روز افزون وسايل الکترونيکي و توجه بيش از حد به ساختن ريزتراشه‌هاي کامپيوتري با ابعاد بسيار کم ، توجه فوق العاده به سمت بلور شناسي و مطالعه ساختارهاي بلوري شده است. و دانشمندان مختلف در سطح جهان مطالعات وسيعي را در اين زمينه انجام مي‌دهند، که از آن جمله مي‌توان به فعاليتهاي انجمن نانوتکنولوژي اشاره کرد.
خواص بلور ها
مقدمه
در بلورها پراکندگي و فاصله اجزا ٬ داراي نظم هندسي ويژه‌اي است که معمولا در تمام جهتها يکسان نيست. برخلاف بلورها در جامدهاي بي شکل يا غير بلورين پراکندگي و فاصله اجزاي سازنده آنها در همه جهتها يکسان است. از اينرو بعضي از خواص فيزيکي جامدهاي غير بلورين ٬ مانند رسانايي گرمايي ٬ انتشار نور و رسانايي الکتريکي نيز در همه جهتها يکسان است. به اين جامدهاي غير بلورين همسانگرد (ايزوتروپ) مي‌گويند. چون خواص فيزيکي بيشتر جامدهاي بلورين در جهتهاي مختلف متفاوت است به آنها ناهمسانگرد مي‌گويند. تنها بلورهايي که در دستگاه مکعبي متبلور مي‌شوند مانند اجسام غير بلورين عمل مي‌کنند، چون در سه جهت فضايي داراي ابعاد مساوي هستند.
کاربرد ناهمسانگردي
پديده ناهمسانگردي سبب پيدايش خواصي در بلورها مي‌شود که کاربردهاي مختلف و مهمي در صنعت دارند. مثلا اگر بلورهايي مانند کوارتز و يا تورمالين را از دو طرف بکشيم و يا فشار دهيم در جهت عمود بر فشار يا کشش داراي بار الکتريکي مخالف يکديگر مي‌شوند. اگر جهت اين فشار يا کشش را عوض کنيم نوع بار الکتريکي تغيير مي‌کند، به اين پديده پيزوالکتريک مي‌گويند.
گرما در بعضي از بلورها الکتريسته ايجاد مي‌کند و سبب مي‌شود يک سوي آنها بار مثبت و سوي مقابل بار منفي بيابد. در نتيجه ميان اين دو سو اختلاف پتانسيل الکتريکي بوجود مي‌آيد. همچنين اگر به اين بلور جريان الکتريکي متناوب وصل کنيم، بلورها به تناوب منبسط و منقبض مي‌شوند و بر اثر ارتعاش ٬ صوت توليد مي‌کنند. از اين خاصيت براي توليد صوت ٬ ماوراي صوت ٬ نوسانهاي الکتريکي ٬ ساختن ميکروفونهاي بلوري و سوزن گرامافون استفاده مي‌شود.
خواص نيم رسانايي
بعضي از بلورها مانند بلور عنصرهاي ژرمانيم ٬ سيليسيم و کربن خاصيت نيم رسانايي دارند و تا اندازه‌اي جريان الکتريکي را از خود عبور مي‌دهند. اگر بلورهاي نيم رسانا را گرما دهيم و يا در مسير تابش نور قرار دهيم٬ مقاومت الکتريکي آنها کم مي‌شود و الکتريسيته را بهتر عبور مي‌دهد. نيم رساناها در صنايع الکترونيک و مخابرات بصورت ديود و ترانزيستور و قطعه‌هاي ديگر الکترونيکي بکار مي‌روند. ديود يا يکسو کننده از دو قطعه بلور نيمه رسانا ساخته مي‌شود و براي يکسو کردن جريانهاي متناوب بکار مي‌رود. ترانزيستور از سه قطعه بلور نيم رسانا تشکيل مي‌شود و براي تقويت جريانهاي ضعيف و يکسو کردن جريان متناوب بکار مي‌رود. ديودها و ترانزيستورها از قسمتهاي اصلي گيرنده‌ها و فرستنده‌هاي راديو و تلويزيون هستند.
پديده دو شکستي
بعضي از بلورها نور را به دو دسته پرتو تقسيم مي‌کنند، بر اثر اين پديده در کانيهاي شفاف ٬ مانند کربنات کلسيم شکست مضاعف ايجاد مي‌شود. اگر نوشته‌اي را زير کربنات کلسيم قرار دهيم بصورت دو نوشته ديده مي‌شود.
بعضي از بلورها خاصيت جذب انتخابي دارند. مانند بلور تورمالين که پرتوهاي نور را به دو دسته تقسيم مي‌کند. يک دسته آنها را جذب مي‌کند و دسته ديگر را از خود عبور مي‌دهد. از اين خاصيت براي ساختن فيلمها و عدسيهاي قطبنده (پلاريزان) و براي کاهش شدت نور چراغهاي اتومبيل استفاده مي‌شود. عدسيهاي قطبنده را در ساختن ابزارهاي نوري مانند ميکروسکوپهاي قطبنده (پلاريزان) را از ورقه نازک پولارويد (ورقه شفاف و نازک نيترات سلولز) مي‌پوشانند.
خواص ساختاري
بعضي از ويژگيهاي بلورها به نوع و موقعيت پيوند بين مولکولهاي آنها بستگي دارد. مثلا هر چه پيوند اجزاي يک بلور قويتر باشد نقطه ذوب آن بالاتر و سختي و مقاومت آن بيشتر است، مانند بلورهاي الماس و گرافيت که از نظر ترکيب شيميايي يکسان هستند و هر دو از کربن تشکيل شده‌اند، اما به دليل تفاوت در پيوند شيميايي ميان اتمهاي آنها سختي و مقاومت گرافيت کم ، اما سختي و مقاومت الماس بسيار زياد است. بعضي از بلورها به سبب شکل پيوندهاي داخلي ٬ در امتدادهاي معيني به آساني مي‌شکنند، مانند بلور نمک طعام و بعضي به آساني ورقه ورقه مي‌شوند، مانندبلورهاي ميکا. از خاصيت سختي و مقاومت بلورها در ساختن انواع کاغذها و تيغه‌هاي سمباده و همچنين در ساعت سازي استفاده مي‌کنند.
بلور شناسي
نگاه اجمالي
بلور شناسي ، علم مطالعه بلورهاست. با ارائه روشي براي توضيح چگونگي تعيين خواص فيزيکي ماده از روي سطح آن ، يعني اصل تقارن بلور شناسي بصورت علمي مستقل در آمد. در دهه 1880 ، فيزيکدانان شواهد کافي گرد آورده بودند که پديده‌هاي مختلفي از قبيل در شکستگي ، انبساط گرمايي ، وقف الکتريسيته و پيزو الکتريسيته را بايد با استفاده از شکل بلور توضيح داد. براي مطالعه بلورها روشهاي مختلفي وجود دارد که از مهمترين آنها بلور شناسي توسط اشعه ايکس و روشهاي پراش الکترون.
سير تحولي و رشد
مطالعه بلورها به دوران يونانيها و روميها و مطالعات کوارتزهاي گوناگون ، توسط ننوفراستو و پلينيو ، باز مي‌گردد. در سده هفدهم نخستين تلاشها براي توصيف نظم ساختاري بلورها به عمل آمد. رابرت هوک اظهار داشت که مشکل کوارتز را با فرض اين که کوارتز از آرايش تناوبي کره‌هايي تشکيل شده باشد، مي‌توان توضيح داد. کريستيان هويگنس به منظور توصيف پديده دو شکستي نور ، فرض کرد که کلسيت از آرايش تناوبي بيضيهاي دوار تشکيل شده است. در سال 1784 ، ژنه ژوست هادي اين فرض را مطح کرد که در بلورها مولکولها در گروههايي به شکل متوازي السطوح قرار گرفته‌اند. در آرايش فضايي اين گروهها مي‌تواند شکل بلوري ماکروسکوپيکي مشاهده شده را توضيح دهد.
در سال 1827 اوگوست کوشي معادله مربوط به کشساني را بدست آورد و با اين مطالعات و با استفاده از بيست و يک پارامتر توانست شرح دهد، چگونه جسم جامد تحت اثر کنش خارجي معلوم کرنش مي‌کند. او به مطالعات خود ادامه داد و دريافت که براي توصيف بلورها با توجه به طبيعت شبکه‌اي‌ آنها به پارامترهاي کمتري نياز است. پنج سال بعد توانست ارنست نويمن اين نتيجه‌ها را برابر مطالعه برهمکنش ميان نورد ماده بر اساس مکانيک بکار برد. او فرض کرد که نور از ذرات خردي درست شده است. دانشجوي وي والدر سار فوگست که بعدها استاد دانشگاه کوتينگتون شد، نخستين کسي بود که تمام اطلاعات و دستاوردهاي مربوط به ارتباط ميان خواص فيزيکي و ساختار بلورها را در تناوبي گرد آورد.
بلورشناسي نوين
در سال 1912 ، بلورشناسي نوين متولد يافت. در آن سال ماکس و گروهش تصويري از پراش پرتوهاي ايکس توسط بلور 3ns بدست آوردند. اين آزمايشها سرشت موجي پرتوهاي ايکس را ، که ويلهم کنراد رونتگن در اواخر سده نوزدهم کشف کرده بود و همچنين آرايش تناوبي خوشه‌هاي اتمها را در دوران بلور به اثبات رساند. ويليام لارش براک و پدرش ، ويليام هنري براگ در همين زمينه به پژوهش پرداختند و معادله مشهور زير را بدست آوردند:
2sinӨ = nλ
که در آن d فاضله ميان صفحه‌اي خانواده معيني از صفحه‌هاي بلوري ، n که مرتبه بازتاب ناميده مي شود، عدد طبيعي λ طول موج ايکس مورد استفاده و Ө زاويه فرود و زاويه بازتاب باريکه است. اين معادله مي‌گويد که کدام زاويه براي بازتاب با طول موج و خانواده صفحه‌هاي خاص مناسب است، بازتابهايي که از لحاظ هندسي مجازند در طبيعت يافت مي‌شوند.
بلور شناسي با پرتو ايکس
اگر نمونه‌اي از تک بلور را با استفاده از پرتوهاي سفيد ايکس ، پرتوهايي که نه يک طول موج ، بلکه گستره‌اي از طول موجها را در بردارد مورد مطالعه قرار دهيم. نقش خون لاوه بدست مي‌آيد تحت اين شرايط در معادله 2dsinӨ = nλ مي‌تواند مقاديري زياد داشته باشد. اما Ө زاويه‌اي ميان پرتو فرودي و صفحه ، براي يک خانواده صفحات خاص مقداري ثابت است. معمولا طول موجي مانند λ وجود دارد که در معادله براگ صدق مي‌کنند و بازتاب رخ مي‌دهد.
اگر نمونه‌اي را با فيلم عکاسي يا آشکارسازي جديد ديگري احاطه کنيم. در نقاط مختلف روي فيلم لکه‌هايي بدست مي آورديم که به پرتوهاي بازتابيده از خانواده‌هاي مختلف صفحات بلور مربوط مي‌شوند. با پردازش اين داده‌ها به طريق رياضي به آنچه نقش پراشي را بوجود مي‌آورد مي‌توان پي برد. در نتيجه ، ساختار ميکروسکوپي بلور را معين مي‌کند، يعني مي‌توان فهميد شبکه بلوري اين ساختار چگونه است و چه اتمهايي در تلاقي شبکه‌اي قرار دارند.
روش پودري
براي مطالعه بلور شناسي توسط اشعه ايکس روشهاي استاندارد ديگري هم وجود دارند که در اين ميان روش پودر از همه رايجتر است. در روش پودر بجاي تک بعدي از نمونه‌اي استفاده مي‌شود که بصورت بلورهاي کوچکي به ابعاد 1µm يا کمتر خرده شده است. در اين روش باريکه تک فام از پرتوهاي ايکس به نمونه تابيده مي‌شود. و در اين حال براي هر خانواده خاصي از صفحات تعداد زيادي بلورک با سمتگيري مناسب پيدا مي‌شوند که بازتاب براگ فرودي است. اما تند چتري که هر تکه از پارچه آن با دسته چتر زاويه‌اي يکسان مي‌سازند. باريکه‌هاي بازتابيده روي مخروطي قرار مي‌گيرند که گشودگي آن دو برابر گشودگي مخروط قبلي است. زيرا باريکه بازتابيده نسبت به باريکه اوليه زاويه 2Ө مي‌سازد و اين در حالي است که زاويه بين صفحه و باريکي اوليه برابر Ө است.
اگر فيلم عکاسي را در راه باريکه خروجي قرار دهيم، از تلاقي مخروط اخير با صفحه عکاسي يک دايره بدست مي‌آيد: فيلم عکاسي را معمولا به شکل نوار باريک دايره‌اي در مي‌آوردند و آنرا روي صفحه‌اي که شامل باريکه خروجي است قرار مي‌دهيم. فيلم را سوراخ مي‌کنند تا باريکه بتواند به نمونه برسد. از تلاقي مخروطهاي بازتابشي مربوط به صفحه‌هاي مختلف بلور فيلم نقش پراشي خطي بدست مي‌آيد.
بلور شناسي به روش پراش الکترون
در آغاز دهه 1990 روشهاي جديدي پيدا شدند که مشاهده مستقيم سطحهاي بلورين را امکان مي‌سازند. درک تغييرات ريخت شناسي که هنگام روياندن بلور براي کاربردهاي الکترونيک روي مي‌دهند. با استفاده از پراش الکترون بجاي پرتو ايکس و تحت زاويه‌اي کم از سطح بلورها حاصل شده است. با استفاده از ميکروسکوپ تونلي روبشي براي نخستين بار ، امکان مشاهده مستقيم ساختار شبکه‌اي بلورها از طريق مشاهده اتم منفرد فراهم شد.
رشد بلور
ديدکلي
پيشرفت تکنولوژي قطعات حالت جامد نه تنها به توسعه مفاهيم قطعات الکترونيکي بلکه به بهبود مواد نيز وابسته بوده است. شرايط رشد بلورهاي نيم رسانا که براي ساخت قطعات الکترونيک استفاده مي‌شود، بسيار دقيق‌تر و مشکل‌تر از ساير مواد است. علاوه بر اين که نيم رساناها بايد به صورت تک بلورهاي بزرگ در دسترس باشند، بايد خلوص آنها نيز در محدوده بسيار ظريفي کنترل شود. مثلا تراکم بيشتر ناخالصيهاي مورد استفاده در بلورهاي سيليسيوم فعلي از يک قسمت در ده ميليارد کمتر است. چنين درجاتي از خلوص ، مستلزم دقت بسيار در استفاده و بکارگيري مواد در هر مرحله از فرآيند ساخت است.
تاريخچه
رشد سيليسيوم تک بلور اولين بار در آغاز و ميانه دهه 1950 انجام گرفت که هم اکنون نيز در ساخت مدارهاي مجتمع از آن استفاده مي‌شود.
روشهاي رشد بلور
رشد از مذاب
يک روش متداول براي رشد تک بلورها ، سرد کردن انتخابي ماده مذاب است به گونه‌اي که انجماد در راستاي يک جهت بلوري خاص انجام مي‌پذيرد.
يک مثال
ظرفي از جنس سيليکا (کوارتز شيشه‌اي) در نظر بگيريد که داراي ژرمانيوم (Ge) مذاب است و مي‌توان آن را طوري از کوره بيرون آورد که انجماد از يک انتها شروع شده به تدريج تا انتهاي ديگر پيش رود. با قرار دادن يک دانه بلوري کوچک در نقطه شروع انجماد مي‌توان کيفيت رشد بلور را بالا برد. شکل بلور بدست آمده توسط ظرف ذوب تعيين مي‌شود. ژرمانيوم ، گاليم آرسنيک (GaAs) و ديگر بلورهاي نيم رسانا اغلب با اين روش که معمولا روش بريجمن (Bridgman) افقي ناميده مي‌شود، رشد داده مي‌شوند.
معايب رشد بلور در ظرف ذوب
در اين روش ماده مذاب با ديوارهاي ظرف تماس پيدا مي‌کند و در نتيجه در هنگام انجماد تنش‌هايي ايجاد مي‌شود که بلور را از حالت ساختار شبکه‌اي کامل خارج مي‌سازد. اين نکته بويژه در مورد Si که داراي نقطه ذوب بالايي بوده و تمايل به چسبيدن به مواد مذاب را دارد، مشکل جدي است.
وش جايگزين
يک روش جايگزين ، کشيدن بلور از مذاب در هنگام رشد آن است. در اين روش يک دانه بلوري در داخل ماده مذاب قرار داده شده و به‌آهستگي بالا کشيده مي‌شود و به بلور امکان رشد بر روي دانه را مي‌دهد. معمولا در هنگام رشد ، بلور به‌آهستگي چرخانده مي‌شود تا علاوه بر هم زدن ملايم مذاب از هر گونه تغييرات دما که منجر به انجماد غير همگن مي‌شود، متوسط گيري کند. اين روش ، روش چوکرالسکي (Czochoralski) ناميده مي‌شود.
پالايش ناحيه‌اي و رشد ناحيه شناور
استفاده از ناحيه مذاب متحرک به‌خصوص وقتي که رفت و برگشتهاي متعددي در راستاي شمش انجام مي‌پذيرد، موجب خلوص قابل توجهي در ماده اوليه مي‌شود. اين فرايند ، پالايش ناحيه‌اي ناميده مي‌شود. تکنيکهاي متداول براي ذوب شمش عبارتند از : تابش گرما از يک گرماده مقاومتي ، گرمايش القايي و گرمايش بوسيله بمباران الکتروني در فصل مشترک مايع و جامد که در حال انجماد است. توزيع خاصي از ناخالصي‌ها بين دو فاز وجود خواهد داشت؛ کميت مهمي که اين ويژگي را مشخص مي‌کند، ضريب توزيع Distribution Coefficient است که به‌صورت نسبت تراکم ناخالصي در جامد به تراکم آن در مايع در حالت تعادل تعريف مي‌شود.
ضريب توزيع تابعي از ماده ، ناخالصي دماي مرز مشترک بين جامد و مايع و سرعت رشد است. اگر مرورهاي متعددي صورت گيرد، طول بيشتري از شمش خالص شده و پس از مرورهاي متعدد اکثر ناخالصي‌ها به انتهاي شمش کشيده مي‌شود که مي‌توان آن را بريد و جدا کرد و در نتيجه يک بلور با خلوص خيلي زياد باقي مي‌ماند. ضريب توزيع که روند پالايش ناحيه‌اي را کنترل مي‌کند، در هر گونه رشد از مذاب نيز اهميت دارد.

بلورهاي نيم رسانا که براي ساخت قطعات الکترونيکي و مدارهاي مجتمع استفاده مي شوند، بايد به صورت دقيق رشد داده شده و ناخالصيهاي آنها جدا گردد. در زير به ...

بلورهاي مايع موادي هستند که خواص ساختاري و مکانيکي آنها چيزي بينابين خواص مايعات و بلورهاست. فهم و درک اين حالت ماده براي دانشمندان قرن هاي نوزدهم و ب ...

● انواع کريستالها بر حسب نيروهاي بستگي بين اتمها و مولکولهاي آنها ▪ يوني : اين کريستالها ، کريستالهايي هستند که در آنها الکترونهاي والانس از يک اتم به ...

بلور شناسي ، علم مطالعه بلورهاست. با ارائه روشي براي توضيح چگونگي تعيين خواص فيزيکي ماده ازروي سطح آن ، يعني اصل تقارن بلور شناسي بصورت علمي مستقل در ...

سنگ آهک کربنات کلسيم CaCO۳ به ندرت به صورت آهک خالص در طبيعت پيدا مي شود اين سنگ بيشتر به صورت آهک رسي , آهک ماسه اي و دولوميت يافت مي گردد ناخالصيهاي ...

قرنها پيش از دستيابي انسان به فلزات و علم استخراج و مصرف آنها، برخي از سنگها و كانيها مهمترين ابزار دفاعي، زراعي و شكار بشر محسوب مي شده اند.بشر اوليه ...

● ريشه لغوي زمين شناسي ساختماني از واژه Structral به معني ساختاري يا ساختماني و Geologg به معني زمين شناسي گرفته شده است. ● ديد کلي هر کسي که با زمين ...

● مقدمه: منشا سوختهاي گازي متفاوت است. برخي به طور طبيعي وجود دارند و برخي ديگر از تغيير شکل سوختهاي مايع و يا جامد تهيه مي شوند. سازنده ي اصلي مفيد آ ...

دانلود نسخه PDF - بلور