تطبيقات البلورات في الصناعة تطبيق البلورات الاصطناعية

1 شريحة

2 شريحة

الاستخدامات الصناعية للبلورات كثيرة ومتنوعة بحيث يصعب إدراجها. ولذلك، فإننا سوف تقتصر على بعض الأمثلة.

3 شريحة

أصعب وأندر المعادن الطبيعية هو الماس. اليوم، الماس هو في المقام الأول حجر عامل، وليس حجر زينة. نظرًا لصلابته الاستثنائية، يلعب الماس دورًا كبيرًا في التكنولوجيا. تستخدم مناشير الماس لقطع الحجارة. المنشار الماسي عبارة عن قرص فولاذي دوار كبير (يصل قطره إلى مترين) يتم عمل قطع أو شقوق على حوافه. يتم فرك مسحوق الماس الناعم الممزوج ببعض المواد اللاصقة في هذه القطع. مثل هذا القرص، بالتناوب مع السرعه العاليه، ينشر بسرعة أي حجر.

4 شريحة

الماس له أهمية كبيرة عند الحفر الصخور، في التعدين. يتم إدخال نقاط الماس في أدوات النقش وآلات التقسيم وأجهزة اختبار الصلابة ومثاقب الحجر والمعادن. يستخدم مسحوق الماس لطحن وتلميع الحجارة الصلبة، معدن صلب، سبائك صلبة وفائقة الصلابة. لا يمكن قطع الماس نفسه وصقله ونقشه إلا بالماس. تتم معالجة أجزاء المحرك الأكثر أهمية في إنتاج السيارات والطائرات باستخدام قواطع الماس والمثاقب.

5 شريحة

الياقوت والياقوت من أجمل وأغلى أنواعهما أحجار الكريمة. كل هذه الحجارة لها صفات أخرى أكثر تواضعا ولكنها مفيدة. الياقوت الأحمر الدموي والياقوت الأزرق الأزرق شقيقان، وهما بشكل عام نفس المعدن - اكسيد الالمونيوم وأكسيد الألومنيوم A12O3. نشأ الاختلاف في اللون بسبب وجود شوائب صغيرة جدًا في أكسيد الألومنيوم: حيث تؤدي إضافة ضئيلة من الكروم إلى تحويل أكسيد الألمونيوم عديم اللون إلى ياقوتة حمراء اللون، وأكسيد التيتانيوم إلى ياقوتة. هناك اكسيد الالمونيوم من الألوان الأخرى. لديهم أيضًا أخ متواضع جدًا لا يوصف: اكسيد الالمونيوم البني وغير الشفاف والناعم - الصنفرة المستخدمة لتنظيف المعدن الذي يُصنع منه ورق الصنفرة. يعد الكوراندوم بجميع أصنافه من أصلب الأحجار على وجه الأرض، وهو أصلبها بعد الألماس. يمكن استخدام اكسيد الالمونيوم لحفر وطحن وتلميع وشحذ الحجر والمعادن. تصنع عجلات الطحن وأحجار الشحذ ومساحيق الطحن من اكسيد الالمونيوم والصنفرة.

6 شريحة

صناعة الساعات بأكملها تعتمد على الياقوت الاصطناعي. وفي مصانع أشباه الموصلات، يتم رسم أرقى الدوائر بإبر الياقوت. في صناعات النسيج والكيماويات، تقوم أدلة خيوط الياقوت بسحب الخيوط من الألياف الاصطناعية والنايلون والنايلون.

7 شريحة

حياة جديدةروبي هو ليزر أو كما يطلق عليه في العلوم مولد الكم البصري (OQG)، وهو جهاز رائع في أيامنا هذه. في عام 1960 تم إنشاء أول ليزر روبي. اتضح أن بلورة الياقوت تعمل على تضخيم الضوء. الليزر يضيء أكثر إشراقا من ألف شمس. شعاع ليزر قوي بقوة هائلة. يحترق بسهولة صفيحة معدنية، لحام الأسلاك المعدنية، الحروق أنابيب معدنية، يقوم بحفر أفضل الثقوب في السبائك الصلبة والماس. يتم تنفيذ هذه الوظائف بواسطة ليزر صلب باستخدام الياقوت والعقيق والنيوديت. في جراحة العيون، يتم استخدام ليزر النيوداين وأشعة الليزر الياقوتية في أغلب الأحيان. غالبًا ما تستخدم الأنظمة الأرضية قصيرة المدى ليزر حقن زرنيخيد الغاليوم.

8 شريحة

كما ظهرت بلورات ليزر جديدة: الفلوريت، والعقيق، وزرنيخيد الغاليوم، وما إلى ذلك. والياقوت شفاف، لذلك تُصنع منه الألواح الأجهزة البصرية. يذهب الجزء الأكبر من بلورات الياقوت إلى صناعة أشباه الموصلات. الصوان، الجمشت، اليشب، العقيق، العقيق الأبيض كلها أنواع من الكوارتز. حبيبات صغيرة من الكوارتز تشكل الرمال. وأجمل وأروع أنواع الكوارتز هو البلور الصخري أي. بلورات الكوارتز الشفافة. ولذلك، فإن العدسات والمنشورات وأجزاء أخرى من الأجهزة البصرية مصنوعة من الكوارتز الشفاف.

الشريحة 9

تُصنع أجهزة أشباه الموصلات، التي أحدثت ثورة في مجال الإلكترونيات، من مواد بلورية، خاصة السيليكون والجرمانيوم. في هذه الحالة، تلعب شوائب السبائك التي يتم إدخالها في الشبكة البلورية دورًا مهمًا. تُستخدم الثنائيات شبه الموصلة في أجهزة الكمبيوتر وأنظمة الاتصالات، وقد حلت الترانزستورات محل الأنابيب المفرغة في هندسة الراديو. الألواح الشمسية، وضعت على السطح الخارجي للمركبة الفضائية، تحويل طاقة شمسيةإلى الكهربائية. كما تستخدم أشباه الموصلات على نطاق واسع في المحولات التيار المتناوبإلى دائم. لعبت البلورات دورًا مهمًا في العديد من الابتكارات التقنية في القرن العشرين. تولد بعض البلورات شحنة كهربائية عند تشوهها. كان أول تطبيق مهم لهم هو تصنيع مذبذبات الترددات الراديوية المستقرة بواسطة بلورات الكوارتز. عن طريق التسبب في اهتزاز لوحة الكوارتز الحقل الكهربائيدائرة متذبذبة للترددات الراديوية، يمكنك بالتالي تثبيت تردد الاستقبال أو الإرسال.

10 شريحة

تُستخدم البلورات أيضًا في بعض أجهزة المايزر لتضخيم موجات الميكروويف وفي أجهزة الليزر لتضخيم موجات الضوء. تُستخدم البلورات ذات الخصائص الكهرضغطية في أجهزة الاستقبال وأجهزة الإرسال الراديوية وفي رؤوس الالتقاط وفي السونار. تقوم بعض البلورات بتعديل أشعة الضوء، بينما تولد أخرى الضوء تحت تأثير الجهد الكهربي المطبق. قائمة استخدامات البلورات طويلة جدًا وتتزايد باستمرار.

إن تطبيقات البلورات في العلوم والتكنولوجيا كثيرة ومتنوعة بحيث يصعب حصرها. ولذلك، فإننا سوف تقتصر على بعض الأمثلة.

أصعب وأندر المعادن الطبيعية هو الماس.

نظرًا لصلابته الاستثنائية، يلعب الماس دورًا كبيرًا في التكنولوجيا. تستخدم مناشير الماس لقطع الحجارة. للماس أهمية كبيرة عند حفر الصخور وفي عمليات التعدين.

يتم إدخال نقاط الماس في أدوات النقش وآلات التقسيم وأجهزة اختبار الصلابة ومثاقب الحجر والمعادن.

يستخدم مسحوق الماس لطحن وتلميع الحجارة الصلبة والفولاذ المتصلب والسبائك الصلبة وفائقة الصلابة. لا يمكن قطع الماس نفسه وصقله ونقشه إلا بالماس. تتم معالجة أجزاء المحرك الأكثر أهمية في إنتاج السيارات والطائرات باستخدام قواطع الماس والمثاقب.

يعتبر الياقوت والياقوت من أجمل وأغلى الأحجار الكريمة. كل هذه الحجارة لها صفات أخرى أكثر تواضعا ولكنها مفيدة.

صناعة الساعات بأكملها تعتمد على الياقوت الاصطناعي. وفي مصانع أشباه الموصلات، يتم رسم أرقى الدوائر بإبر الياقوت. في صناعات النسيج والكيماويات، تقوم أدلة خيوط الياقوت بسحب الخيوط من الألياف الاصطناعية والنايلون والنايلون.

الحياة الجديدة للياقوتة هي الليزر أو كما يطلق عليه في العلم مولد الكم البصري (OQG). في عام 1960 تم إنشاء أول ليزر روبي. اتضح أن بلورة الياقوت تعمل على تضخيم الضوء، وبالنسبة لليزر الياقوتي فإن أصغر قطر لبقعة الضوء يبلغ حوالي 0.7 ميكرون. وبهذه الطريقة، يمكن إنشاء كثافات إشعاعية عالية للغاية. أي تركيز الطاقة قدر الإمكان. شعاع ليزر قوي بقوة هائلة. فهو يحترق بسهولة من خلال الصفائح المعدنية، ويلحم الأسلاك المعدنية، ويحترق من خلال الأنابيب المعدنية، ويحفر أنحف الثقوب في السبائك الصلبة والماس. يتم تنفيذ هذه الوظائف بواسطة ليزر صلب باستخدام الياقوت والعقيق والنيوديت. في جراحة العيون، يتم استخدام ليزر النيوداين وأشعة الليزر الياقوتية في أغلب الأحيان. غالبًا ما تستخدم الأنظمة الأرضية قصيرة المدى ليزر حقن زرنيخيد الغاليوم. ظهرت أيضًا بلورات ليزر جديدة: الفلوريت، العقيق، زرنيخيد الغاليوم، إلخ.

الياقوت شفاف، لذا تُصنع منه ألواح الأجهزة البصرية.

يذهب الجزء الأكبر من بلورات الياقوت إلى صناعة أشباه الموصلات.

الصوان، الجمشت، اليشب، العقيق، العقيق الأبيض كلها أنواع من الكوارتز. ولذلك، فإن العدسات والمنشورات وأجزاء أخرى من الأجهزة البصرية مصنوعة من الكوارتز الشفاف. يتمتع زجاج الكوارتز بالصفات التالية:

التوحيد العالي والنفاذية الجيدة في نطاقات الأشعة فوق البنفسجية والمرئية والقريبة من الأشعة تحت الحمراء؛

لا مضان.

معامل منخفض للتمدد الحراري.

مقاومة عالية للأضرار الميكانيكية والصدمات الحرارية.

فقاعة منخفضة.

الخصائص الكهربائية للكوارتز مذهلة بشكل خاص. إذا قمت بضغط أو تمديد بلورة الكوارتز، تظهر شحنات كهربائية على حوافها. هذا هو التأثير الكهرضغطي في البلورات.

في الوقت الحاضر، لا يتم استخدام الكوارتز فقط ككهرباء انضغاطية، ولكن أيضًا العديد من المواد الأخرى المُصنَّعة بشكل أساسي: الملح الأزرق، تيتانات الباريوم، فوسفات هيدروجين البوتاسيوم والأمونيوم (KDP و ADP) وغيرها الكثير.

تُستخدم البلورات الكهرضغطية على نطاق واسع لإعادة إنتاج الصوت وتسجيله ونقله.

هناك أيضًا طرق كهرضغطية لقياس ضغط الدم في الأوعية الدموية للإنسان وضغط العصائر في سيقان وجذوع النباتات، وتقيس الصفائح الكهرضغطية، على سبيل المثال، الضغط في ماسورة مدفع المدفعية عند إطلاقها، والضغط في لحظة إطلاق النار. من انفجار قنبلة ضغط لحظي في أسطوانات المحرك عند انفجار الغازات الساخنة فيها.

كما وجدت المادة متعددة البلورات بولارويد استخدامها في التكنولوجيا.

بولارويد عبارة عن فيلم رقيق شفاف مملوء بالكامل ببلورات صغيرة شفافة على شكل إبرة من مادة تعمل على استقطاب الضوء واستقطابه. تقع جميع البلورات بالتوازي مع بعضها البعض، لذلك فهي جميعها تستقطب الضوء الذي يمر عبر الفيلم بالتساوي.

تستخدم أفلام بولارويد في نظارات بولارويد. تقوم بولارويد بإلغاء وهج الضوء المنعكس، مما يسمح لجميع الضوء الآخر بالمرور من خلاله. فهي لا غنى عنها للمستكشفين القطبيين، الذين يتعين عليهم دائمًا أن ينظروا إلى الانعكاس المبهر لأشعة الشمس من حقل ثلجي جليدي.

بلورات سائلة

البلورات السائلة هي مواد لها خصائص كل من السوائل (السيولة) والبلورات (تباين الخواص) في نفس الوقت. من حيث البنية، فإن FAs هي سوائل تشبه الهلام، وتتكون من جزيئات شكل ممدود، مرتبة بطريقة معينة في كامل حجم هذا السائل. الخاصية الأكثر تميزًا للLCs هي قدرتها على تغيير اتجاه الجزيئات تحت تأثير المجالات الكهربائية، مما يفتح فرصًا واسعة لاستخدامها في الصناعة. بناءً على نوعها، تنقسم البلورات السائلة عادةً إلى مجموعتين كبيرتين: الخيطيات والسميتيكات. بدورها، تنقسم النيماتيكا إلى بلورات سائلة خيطية وكوليستيرية.

واحد من مجالات مهمةاستخدام البلورات السائلة - التصوير الحراري. ومن خلال اختيار تركيبة المادة البلورية السائلة، يتم إنشاء مؤشرات لنطاقات درجات حرارة مختلفة ولتصاميم مختلفة. على سبيل المثال، يتم تطبيق البلورات السائلة على شكل فيلم على الترانزستورات والدوائر المتكاملة ولوحات الدوائر المطبوعة للدوائر الإلكترونية. العناصر المعيبة - شديدة الحرارة أو البرودة، ولا تعمل - يمكن ملاحظتها على الفور من خلال بقع الألوان الزاهية. حصل الأطباء على فرص جديدة: يقوم مؤشر الكريستال السائل الموجود على جلد المريض بتشخيص الالتهاب الخفي وحتى الورم بسرعة.

تستخدم البلورات السائلة للكشف عن الأبخرة الضارة مركبات كيميائيةوأشعة جاما والأشعة فوق البنفسجية الخطرة على صحة الإنسان. تم إنشاء أجهزة قياس الضغط وأجهزة الكشف بالموجات فوق الصوتية بناءً على البلورات السائلة. لكن المجال الواعد لتطبيق المواد البلورية السائلة هو تكنولوجيا المعلومات. لقد مرت سنوات قليلة فقط من المؤشرات الأولى المألوفة للجميع من الساعات الرقمية إلى أجهزة التلفزيون الملونة المزودة بشاشات LCD بحجم البطاقة البريدية. توفر أجهزة التلفاز هذه صورًا عالية الجودة مع استهلاك طاقة أقل.

يعتمد تشغيل أي لوحة LCD على مبدأ تغيير الشفافية (بتعبير أدق، تغيير استقطاب الضوء المرسل) للبلورات السائلة تحت تأثير التيار الكهربائي. في مصفوفة TFT، يتم التحكم في طبقة من البلورات السائلة بواسطة مصفوفة من المفاتيح التناظرية الترانزستورية المجهرية، مفتاح واحد لكل بكسل من الصورة، مما يجعل من الممكن تحقيق سرعة عالية في تبديل النقاط وإيقافها وزيادة تباين الصورة. نظرًا لأن البلورات السائلة نفسها لا تحتوي على لون، فإن لوحة الألوان تحتوي على ثلاث طبقات من البلورات السائلة (أو بنية فسيفساء خاصة أحادية الطبقة) مع مرشحات الضوء المقابلة لكل مكون لون (الأحمر والأخضر والأزرق). لا يمكن للبلورات السائلة أن تتوهج من تلقاء نفسها، لذا من أجل إعطاء الشاشة المظهر المتوهج المعتاد، يتم تركيب مصباح مسطح خاص خلف لوحة LCD، يضيء الشاشة من الجانب الخلفي. ونتيجة لذلك، يبدو للمستخدم أن المصفوفة "تتوهج"، مثل شاشة CRT العادية.

أنواع النقش: الجاف (البلازما) والسائل (في النقش السائل، حمض HF). مزاياالنقش الجاف: القدرة على التحكم في تباين الخواص، والقدرة على التحكم في الانتقائية، والاعتماد الضعيف للنقش على التصاق القناع الواقي بالركيزة، لا يتطلب عمليات غسيل وتجفيف لاحقة، وأكثر اقتصادا من النقش في الكواشف السائلة. عيوب: تلف أسطح المواد بسبب قصفها بالأيونات والإلكترونات والفوتونات. ينقسم النقش الجاف إلى:

الخصائص الرئيسية للحفر الجاف: تباين– نسبة معدل حفر مادة العمل العادية على سطح اللوحة إلى معدل حفرها الجانبي؛ الانتقائية- نسبة معدلات النقش لمواد مختلفة (مثل العامل والقناع) في نفس الظروف.

النقش الأيوني– عملية تتم فيها إزالة الطبقات السطحية من المواد فقط عن طريق الرش المادي. يتم إجراء عملية الرش بواسطة أيونات الغازات النشطة التي لا تدخل في تفاعلات كيميائية مع المادة التي تتم معالجتها (عادةً أيونات الغازات الخاملة). إذا تم وضع المادة التي تتم معالجتها على أقطاب كهربائية أو حوامل ملامسة لبلازما التفريغ، فإن الحفر في مثل هذه الظروف يسمى البلازما الأيونية. إذا تم وضع المادة في منطقة معالجة فراغية، مفصولة عن منطقة البلازما، فإن النقش يسمى النقش بالشعاع الأيوني.

في بلازما كيميائيةفي النقش، تتم إزالة الطبقات السطحية من المواد فقط نتيجة للتفاعلات الكيميائية بين الجزيئات النشطة كيميائيا وذرات المادة المحفورة. إذا كانت المادة التي تتم معالجتها في منطقة بلازما التفريغ، فسيتم استدعاء النقش بلازما.في هذه الحالة، سيتم تنشيط تفاعلات الحفر الكيميائي على سطح المادة عن طريق قصف الإلكترونات والأيونات منخفضة الطاقة، وكذلك قصف الفوتون. إذا كانت المادة موجودة في منطقة معالجة مفرغة، تسمى عادة منطقة التفاعل ومنفصلة عن منطقة البلازما، فيتم النقش بجزيئات نشطة كيميائيًا دون تنشيط بالقصف الإلكتروني والأيوني، وفي بعض الحالات، في غياب التعرض إلى الفوتونات. ويسمى هذا النقش متطرف.

تُستخدم البلازما في ثلاث عمليات رئيسية: لحفر المواد، ولرش الأغشية الرقيقة (المواد الأخرى) على سطح المواد، ولتطعيم (زرع) جزيئات أخرى داخل المادة.

التطبيقات الحديثة لتقنيات البلازما.العملية الرئيسية في تكنولوجيا الطباعة الحجرية الضوئية (حفر المعادن، طحن البلازما، إزالة البلازما (إزالة المقاومة))! تستخدم أيضًا في تقنيات الإنشاء: NEMS، MEMS، الإلكترونيات الدقيقة، الإلكترونيات النانوية، الجيروسكوبات، مقاييس التسارع، حفر البوليمر، الهياكل المجهرية للبوليمر، الهياكل المجهرية الخزفية، تقنيات الحفر العميق (مع نسبة عرض إلى ارتفاع عالية: النسبة بين حجم العنصر المميز وعمق الحفر) .

تُستخدم البلورات والمواد البلورية في العديد من الأجهزة والأجهزة التي نواجهها يوميًا. تستخدم البلورات: في أجهزة الكمبيوتر و الهواتف المحمولة، معدات الصوت والفيديو. لا يمكن للعديد من الأنظمة المعقدة أن تعمل بدون بلورات. الأجهزة الحديثةلمعالجة المعلومات ونقلها وتخزينها، تُستخدم البلورات لتحويل نوع من الطاقة إلى نوع آخر، وهناك حاجة إلى البلورات لإنشاء مصادر ضوء متماسكة والتحكم في إشعاع الليزر، منذ العصور القديمة، ألهمت روعة البلورات الناس لإنشاء أجمل الأشكال مجوهراتوالمنتجات الزخرفية. البلورات ضرورية للمعالجة السطحية. إن الطلب على البلورات في العالم مرتفع جدًا، حيث يتم زراعة عشرات الآلاف من الأطنان من البلورات المختلفة سنويًا، كما أن هناك طلبًا مستمرًا على المتخصصين في نمو البلورات وأبحاثها سواء في بلدنا أو في الخارج. تم تضمين العمل على إنشاء تقنيات المواد البلورية في قائمة المجالات ذات الأولوية لتطوير العلوم والتكنولوجيا والهندسة الاتحاد الروسي، التي وافق عليها رئيس الاتحاد الروسي.

استخدام الماس هذا ما تبدو عليه أدوات قطع الماس لمعالجة العدسات اللاصقة. غالبًا ما تستخدم الأدوات المطلية بمسحوق الماس في الصناعة. قوة الماس تجعله أكثر مادة مناسبةوالتي تستخدم في صناعة الأسلاك الرفيعة وخاصة الخيوط المتوهجة للمصابيح الكهربائية.

على الرغم من أن جميع الأحجار الكريمة تقريبًا ستخدش الزجاج، إلا أنه يمكن استخدام الماس فقط لقطع شريط من الزجاج بنجاح قاطع الزجاج الماسي تلتقي حافتا البلورة بزاوية حادة. من الأفضل تلبية هذه المتطلبات من خلال حافتين من الاثني عشر وجهًا معينيًا. .

الليزر الليزر هو تضخيم الضوء نتيجة للانبعاث المحفز. أساس الليزر هو قضيب روبي. نهاياتها متوازية بشكل صارم مع بعضها البعض. يعمل في الوضع النبضي بطول موجة 694 ملم (ضوء الكرز الداكن)، ويمكن أن تصل قوة الإشعاع إلى 106-109 واط لكل نبضة.

الدور الأكثر أهمية في الحصول على شعاع الليزر يلعبه بلورة الياقوت (Al2O3) مع إضافة الكروم. يوضح الرسم البياني: 1. بيئة العمل2. طاقة مضخة الليزر3. مرآة غير شفافة4. مرآة شفافة5. شعاع الليزر يستخدم الليزر على نطاق واسع في الصناعة أنواع مختلفةمعالجة المواد: حفر ثقوب لحام المنتجات الرقيقة. المجال الرئيسي لتطبيق أشعة الليزر النبضية منخفضة الطاقة مع الإلكترونيات الدقيقة: في صناعة الفراغ الكهربائي الهندسة الميكانيكية الطب.

ليزر صغير، ولكن يمكنه حرق المواد أنواع مختلفةوعلى مسافة كبيرة إلى حد ما. يتم استخدام 8 بطاريات كبيرة إلى حد ما كمصدر للطاقة. إنها تكفي لـ 100 طلقة. طاقة التدفق الناتج - 3 جول/ثانية.

ساعات الكوارتز هي ساعات تستخدم كريستال الكوارتز كنظام متأرجح. أدت الصلابة العالية للياقوت، أو الكوراندوم، إلى انتشار استخدامها في الصناعة. ينتج 1 كجم من الياقوت الاصطناعي ما يقرب من 40.000 حجر دعم للساعة. تبين أن قضبان توجيه خيط الياقوت لا يمكن الاستغناء عنها في مصانع الألياف الكيماوية. عمليا لا تبلى. تتآكل أدلة الخيوط المصنوعة من الزجاج الأكثر صلابة في غضون أيام قليلة عندما يتم سحب الألياف الاصطناعية من خلالها.

البلورات السائلة البلورات السائلة. هذه مواد غير عادية تجمع بين الخصائص البلورية صلبوالسوائل. مثل السوائل فهي سائلة، مثل البلورات لديها تباين. .

إن بنية جزيئات البلورات السائلة تجعل نهايات الجزيئات تتفاعل بشكل ضعيف جدًا مع بعضها البعض، بينما تتفاعل الأسطح الجانبية في نفس الوقت بقوة شديدة ويمكنها تثبيت الجزيئات بقوة في مجموعة واحدة. البلورات السائلة: البلورات السائلة (يسار) والكوليسترول (يمين) تم اكتشاف البلورات السائلة في عام 1888. لكنهم وجدوا تطبيقًا عمليًا قبل ثلاثين عامًا فقط. "البلورية السائلة" هي الحالة الانتقالية للمادة التي تكتسب فيها السيولة ولكنها لا تفقدها الهيكل البلوري.

تعتبر البلورات السائلة الكولسترولية ذات أهمية كبيرة للتكنولوجيا. فيها، يختلف اتجاه المحاور الجزيئية في كل طبقة قليلاً عن بعضها البعض. تعتمد زوايا دوران المحاور على درجة الحرارة، كما يعتمد لون البلورة على زاوية الدوران. يستخدم هذا الاعتماد في الطب: يمكنك مراقبة توزيع درجة الحرارة على سطح جسم الإنسان مباشرة، مقياس حرارة بلوري سائل على شكل شريط مؤشر ملون.

المؤشرات الأبجدية الرقمية للساعات الإلكترونية والحاسبات الدقيقة. يتم إعادة إنتاج الرقم أو الحرف المطلوب باستخدام مجموعة من الخلايا الصغيرة المصنوعة على شكل خطوط. تمتلئ كل خلية بالبلور السائل ولها قطبين كهربائيين يتم تطبيق الجهد عليهما. اعتمادا على الجهد، بعض الخلايا "تضيء".

بنية البلورات السائلة - المحاليل لها أهمية كبيرة لحياة الجسم: لتداول الدم، ونقل الأكسجين من خلاله، وعمل خلايا المخ لعمل مختلف أغشية الخلايا. تؤدي العيوب في هياكل الغشاء إلى مرض في الجسم. يؤدي تكوين بلورات الكوليسترول وخاصة السائلة في الدم إلى أمراض القلب والأوعية الدموية. بتركيز غير مناسب المكونات المختلفةأولاً، لا تتشكل بلورات صلبة تمامًا، ثم "الحجارة" في الصفراء.

تُستخدم البلورات السائلة في أنواع مختلفة من الشاشات التي يتم التحكم فيها، والمصاريع الضوئية، وشاشات التلفزيون المسطحة. شاشة تلفزيون LCD هي، إذا جاز التعبير، "شطيرة" متعددة الطبقات.

أشباه الموصلات: العديد من البلورات ليست موصلة جيدة للكهرباء، مثل المعادن، ولكن لا يمكن تصنيفها على أنها مواد عازلة للكهرباء أيضًا، وذلك لأنها. كما أنها ليست عوازل جيدة. هذه هي أشباه الموصلات. 4/5 من كتلة القشرة الأرضية: الجرمانيوم والسيليكون والسيلينيوم وما إلى ذلك، والعديد من المعادن، والأكاسيد المختلفة، والكبريتيدات - هي أشباه الموصلات.

أشباه الموصلات في الإلكترونيات الدقيقة تحت تأثير درجة الحرارة والإضاءة المحددة المقاومة الكهربائيةأشباه الموصلات. يعتمد عمل الثرمستورات والمقاومات الضوئية على هذه الظاهرة. تصنع المقاومات الضوئية من كبريتيد الرصاص، وكبريتيد الكادميوم، وسيلينيد الكادميوم، والتي لها بنية بلورية. تستخدم المقاومات الضوئية على نطاق واسع: 1. التحكم في الغبار والدخان في المباني 2. المفاتيح الأوتوماتيكية إضاءة الشوارع 3. البوابات الدوارة في المترو 4. الفرز والعد المنتجات النهائية 5. مراقبة الجودة وجاهزية الأجزاء المختلفة.

إن الحجم الصغير للغاية لأجهزة أشباه الموصلات (أحيانًا بضعة ملليمترات فقط)، والمتانة بسبب حقيقة أن خصائصها تتغير قليلاً بمرور الوقت، والقدرة على تغيير موصليتها الكهربائية بسهولة، توفر فرصًا كبيرة لاستخدام أشباه الموصلات. يضمن الجيل الجديد من الثرمستور التشغيل الخالي من العيوب عند درجة الحرارة المحددة.

الدوائر المتكاملة هذه مجموعة عدد كبيرالمكونات المترابطة - الترانزستورات، الثنائيات، المقاومات، المكثفات، أسلاك التوصيل، المصنعة على شريحة واحدة. على صفيحة أشباه الموصلات (بلورات السيليكون)، يتم ترسيب طبقات من الشوائب والعوازل الكهربائية والطبقات المعدنية بالتتابع. يتم تشكيل عدة آلاف من الأجهزة الكهربائية الدقيقة على شريحة واحدة. أبعاد هذه الدائرة الدقيقة عادة ما تكون 5.5 ملم، والأجهزة الدقيقة الفردية حوالي 10-6 م، ويتكون معالج بنتيوم 4 الحديث من 42 مليون ترانزستور. الدوائر المتكاملة - (صورتان على اليسار)، وجزء من نواة Pentium MMX (الصورة على اليمين).

التأثير الكهرضغطي إذا تم قطع لوحة من بلورة كوارتز (كوارتز عازل) بطريقة معينة ووضعها بين قطبين كهربائيين، فعندما يتم ضغط لوحة الكوارتز، ستظهر شحنات متساوية الحجم ولكنها مختلفة في الإشارة على الأقطاب الكهربائية. يتجلى التأثير الكهرضغطي بقوة في بلورات التيتانيوم والرصاص ومشتقاته. مثل هذه البلورات هي أساس الميكروفونات والهواتف الكهرضغطية. إنها تحول الضغط إلى قوة دافعة كهربائية في أجهزة قياس الضغط وتعمل على تثبيت تردد أجهزة الإرسال الراديوية وقياس الضغط الميكانيكي والاهتزاز.

مصادر الضوء في مصادر الضوء الحديثة، ينتقل الضوء البارد من ضوء الكشاف عبر كابلات الألياف الزجاجية إلى طرف الضوء (البلورة)، مما ينتج تيارًا موجهًا من الضوء، خاليًا من الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء، وبالتالي مناسب للعين. لانعكاس الضوء الزخرفي، يتم استخدام بلورات ذات أوجه ذات أشكال مدببة ونصف دائرية ومستديرة.

ولذلك..... اليوم يمكننا أن نقول بأمان: بدون البلورات، لن يكون من الممكن القيام بمعظم مجالات النشاط البشري، وذلك بسبب ضخامة مساحة استخدامها. تُستخدم بعض البلورات في صناعة الرقائق وأشعة الليزر والمجوهرات والأجهزة الإلكترونية النانوية. ويستخدم البعض الآخر في صنع المؤشرات الحرارية، وأجهزة الاستشعار، والمزروعات، والمحامل، ونظارات الساعات، والمشارط، والنظارات البصرية. لا يزال البعض الآخر مخصصًا لأجهزة الكمبيوتر الضوئية والفوسفورات والوميضات وشاشات الكمبيوتر المحمول.

البلورات - الأزرق والأخضر والأحمر والشفاف، مع لمعان معدني، ذاتية الإضاءة، مغناطيسية، كهربائية، صوتية، تهتز، شديدة الصلابة وحتى سائلة، فائقة القوة والبلاستيك، نفاذية مثل الغربال، تغير لونها وشكلها. والأوجه والصفائحية وحتى الليفية وعلى شكل شجرة كل هذا هو فيزياء الحالة الصلبة ومتعددات الوجوه!

الاستخدامات الصناعية للبلورات كثيرة ومتنوعة بحيث يصعب إدراجها. ولذلك، فإننا سوف تقتصر على بعض الأمثلة. الاستخدامات الصناعية للبلورات كثيرة ومتنوعة بحيث يصعب إدراجها. ولذلك، فإننا سوف تقتصر على بعض الأمثلة.

أصعب وأندر المعادن الطبيعية هو الماس. اليوم، الماس هو في المقام الأول حجر عامل، وليس حجر زينة. نظرًا لصلابته الاستثنائية، يلعب الماس دورًا كبيرًا في التكنولوجيا. تستخدم مناشير الماس لقطع الحجارة. المنشار الماسي عبارة عن قرص فولاذي دوار كبير (يصل قطره إلى مترين) يتم عمل قطع أو شقوق على حوافه. نظرًا لصلابته الاستثنائية، يلعب الماس دورًا كبيرًا في التكنولوجيا. تستخدم مناشير الماس لقطع الحجارة. المنشار الماسي عبارة عن قرص فولاذي دوار كبير (يصل قطره إلى مترين) يتم عمل قطع أو شقوق على حوافه. يتم فرك مسحوق الماس الناعم الممزوج ببعض المواد اللاصقة في هذه القطع. مثل هذا القرص، الذي يدور بسرعة عالية، ينشر بسرعة أي حجر.

للماس أهمية كبيرة عند حفر الصخور وفي عمليات التعدين. يتم إدخال نقاط الماس في أدوات النقش وآلات التقسيم وأجهزة اختبار الصلابة ومثاقب الحجر والمعادن. يتم إدخال نقاط الماس في أدوات النقش وآلات التقسيم وأجهزة اختبار الصلابة ومثاقب الحجر والمعادن. يستخدم مسحوق الماس لطحن وتلميع الحجارة الصلبة والفولاذ المتصلب والسبائك الصلبة وفائقة الصلابة. يستخدم مسحوق الماس لطحن وتلميع الحجارة الصلبة والفولاذ المتصلب والسبائك الصلبة وفائقة الصلابة. لا يمكن قطع الماس نفسه وصقله ونقشه إلا بالماس. تتم معالجة أجزاء المحرك الأكثر أهمية في إنتاج السيارات والطائرات باستخدام قواطع الماس والمثاقب.

يعتبر الياقوت والياقوت من أجمل وأغلى الأحجار الكريمة. كل هذه الحجارة لها صفات أخرى أكثر تواضعا ولكنها مفيدة. الياقوت الأحمر الدموي والياقوت الأزرق الأزرق هما أشقاء، وهما بشكل عام نفس المعدن - اكسيد الالمونيوم، أكسيد الألومنيوم A1 2 O 3. نشأ الاختلاف في اللون بسبب شوائب صغيرة جدًا في أكسيد الألومنيوم: إضافة ضئيلة لـ يحول الكروم اكسيد الالمونيوم عديم اللون إلى روبي أحمر الدم، وأكسيد التيتانيوم إلى الياقوت. هناك اكسيد الالمونيوم من الألوان الأخرى. لديهم أيضًا أخ متواضع جدًا لا يوصف: اكسيد الالمونيوم البني وغير الشفاف والناعم - الصنفرة المستخدمة لتنظيف المعدن الذي يُصنع منه ورق الصنفرة. يعد الكوراندوم بجميع أصنافه من أصلب الأحجار على وجه الأرض، وهو أصلبها بعد الألماس. يمكن استخدام اكسيد الالمونيوم لحفر وطحن وتلميع وشحذ الحجر والمعادن. تصنع عجلات الطحن وأحجار الشحذ ومساحيق الطحن من اكسيد الالمونيوم والصنفرة.

صناعة الساعات بأكملها تعتمد على الياقوت الاصطناعي. وفي مصانع أشباه الموصلات، يتم رسم أرقى الدوائر بإبر الياقوت. في صناعات النسيج والكيماويات، تقوم أدلة خيوط الياقوت بسحب الخيوط من الألياف الاصطناعية والنايلون والنايلون.

الحياة الجديدة للياقوت هي الليزر أو كما يطلق عليه في العلم مولد الكم البصري (OQG)، وهو جهاز رائع في أيامنا هذه. في عام 1960 تم إنشاء أول ليزر روبي. اتضح أن بلورة الياقوت تعمل على تضخيم الضوء. الليزر يضيء أكثر إشراقا من ألف شمس. شعاع ليزر قوي بقوة هائلة. فهو يحترق بسهولة من خلال الصفائح المعدنية، ويلحم الأسلاك المعدنية، ويحترق من خلال الأنابيب المعدنية، ويحفر أنحف الثقوب في السبائك الصلبة والماس. يتم تنفيذ هذه الوظائف بواسطة ليزر صلب باستخدام الياقوت والعقيق والنيوديت. في جراحة العيون، يتم استخدام ليزر النيوداين وأشعة الليزر الياقوتية في أغلب الأحيان. غالبًا ما تستخدم الأنظمة الأرضية قصيرة المدى ليزر حقن زرنيخيد الغاليوم.

كما ظهرت بلورات ليزر جديدة: الفلوريت، والعقيق، وزرنيخيد الغاليوم، وما إلى ذلك. والياقوت شفاف، لذلك تُصنع منه ألواح للأجهزة البصرية. يذهب الجزء الأكبر من بلورات الياقوت إلى صناعة أشباه الموصلات. الصوان، الجمشت، اليشب، العقيق، العقيق الأبيض كلها أنواع من الكوارتز. حبيبات صغيرة من الكوارتز تشكل الرمال. وأجمل وأروع أنواع الكوارتز هو البلور الصخري أي. بلورات الكوارتز الشفافة. ولذلك، فإن العدسات والمنشورات وأجزاء أخرى من الأجهزة البصرية مصنوعة من الكوارتز الشفاف.

تُصنع أجهزة أشباه الموصلات، التي أحدثت ثورة في مجال الإلكترونيات، من مواد بلورية، خاصة السيليكون والجرمانيوم. في هذه الحالة، تلعب شوائب السبائك التي يتم إدخالها في الشبكة البلورية دورًا مهمًا. تُستخدم الثنائيات شبه الموصلة في أجهزة الكمبيوتر وأنظمة الاتصالات، وقد حلت الترانزستورات محل الأنابيب المفرغة في الهندسة الراديوية، كما تعمل الألواح الشمسية الموضوعة على السطح الخارجي للمركبة الفضائية على تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية. كما تستخدم أشباه الموصلات على نطاق واسع في محولات التيار المتردد والتيار المستمر. لعبت البلورات دورًا مهمًا في العديد من الابتكارات التقنية في القرن العشرين. تولد بعض البلورات شحنة كهربائية عند تشوهها. كان أول تطبيق مهم لهم هو تصنيع مذبذبات الترددات الراديوية المستقرة بواسطة بلورات الكوارتز. من خلال إجبار لوحة الكوارتز على الاهتزاز في المجال الكهربائي لدائرة تذبذبية للترددات الراديوية، من الممكن تثبيت تردد الاستقبال أو الإرسال.

تُستخدم البلورات أيضًا في بعض أجهزة المايزر لتضخيم موجات الميكروويف وفي أجهزة الليزر لتضخيم موجات الضوء. تُستخدم البلورات ذات الخصائص الكهرضغطية في أجهزة الاستقبال وأجهزة الإرسال الراديوية وفي رؤوس الالتقاط وفي السونار. تقوم بعض البلورات بتعديل أشعة الضوء، بينما تولد أخرى الضوء تحت تأثير الجهد الكهربي المطبق. قائمة استخدامات البلورات طويلة جدًا وتتزايد باستمرار.

تطبيقات البلورات في العلوم والتكنولوجيا إن تطبيقات البلورات في العلوم والتكنولوجيا كثيرة ومتنوعة بحيث يصعب حصرها.

الماس أصلب وأندر المعادن الطبيعية، الماس. اليوم، الماس هو في المقام الأول حجر عامل، وليس حجر زينة.

نظرًا لصلابته الاستثنائية، يلعب الماس دورًا كبيرًا في التكنولوجيا. تستخدم مناشير الماس لقطع الحجارة. المنشار الماسي عبارة عن قرص فولاذي دوار كبير (يصل قطره إلى مترين) يتم عمل قطع أو شقوق على حوافه. يتم فرك مسحوق الماس الناعم الممزوج بنوع من المواد اللاصقة في هذه القطع. مثل هذا القرص، الذي يدور بسرعة عالية، ينشر بسرعة أي حجر.

للماس أهمية كبيرة عند حفر الصخور وفي عمليات التعدين. يتم إدخال نقاط الماس في أدوات النقش وآلات التقسيم وأجهزة اختبار الصلابة ومثاقب الحجر والمعادن. يستخدم مسحوق الماس لطحن وتلميع الحجارة الصلبة والفولاذ المتصلب والسبائك الصلبة وفائقة الصلابة. لا يمكن قطع الماس نفسه وصقله ونقشه إلا بالماس. تتم معالجة أجزاء المحرك الأكثر أهمية في إنتاج السيارات والطائرات باستخدام قواطع الماس والمثاقب.

يعتبر الياقوت والياقوت من أجمل وأغلى الأحجار الكريمة. كل هذه الحجارة لها صفات أخرى أكثر تواضعا ولكنها مفيدة. الياقوت الأحمر الدموي والياقوت الأزرق شقيقان، وهما بشكل عام نفس معدن اكسيد الالمونيوم، أكسيد الألومنيوم A 12 O 3. نشأ الاختلاف في اللون بسبب شوائب صغيرة جدًا في أكسيد الألومنيوم: إضافة ضئيلة من الكروم تحول اكسيد الالمونيوم عديم اللون إلى دم الياقوت الأحمر، وأكسيد التيتانيوم إلى الياقوت. هناك اكسيد الالمونيوم من الألوان الأخرى. لديهم أيضًا أخ متواضع لا يوصف: صنفرة اكسيد الالمونيوم البني، غير الشفاف، الناعم، الذي يستخدم لتنظيف المعدن الذي يُصنع منه ورق الصنفرة. يعد الكوراندوم بكل أصنافه من أصلب الحجارة على وجه الأرض، وهو أصلبها بعد الألماس.

صناعة الساعات بأكملها تعتمد على الياقوت الاصطناعي. وفي مصانع أشباه الموصلات، يتم رسم أرقى الدوائر بإبر الياقوت. وفي صناعات النسيج والكيماويات، تقوم أدلة خيوط الياقوت بسحب الخيوط من الألياف الاصطناعية والنايلون والنايلون.

شعاع ليزر قوي بقوة هائلة. فهو يحترق بسهولة من خلال الصفائح المعدنية، ويلحم الأسلاك المعدنية، ويحترق من خلال الأنابيب المعدنية، ويحفر أنحف الثقوب في السبائك الصلبة والماس. يتم تنفيذ هذه الوظائف بواسطة ليزر صلب يستخدم الياقوت والعقيق والنيوديت. في جراحة العيون، يتم استخدام ليزر النيوداين وأشعة الليزر الياقوتية في أغلب الأحيان. في الأنظمة الأرضية قصيرة المدى، غالبًا ما يتم استخدام ليزر حقن زرنيخيد الغاليوم.

الصوان، الجمشت، اليشب، العقيق، العقيق الأبيض كلها أنواع من الكوارتز. حبيبات صغيرة من الكوارتز تشكل الرمال.

وأجمل وأروع أنواع الكوارتز هو الكريستال الصخري أي بلورات الكوارتز الشفافة. ولذلك، فإن العدسات والمنشورات وأجزاء أخرى من الأجهزة البصرية مصنوعة من الكوارتز الشفاف. الخصائص الكهربائية للكوارتز مذهلة بشكل خاص. إذا قمت بضغط أو تمديد بلورة الكوارتز، تظهر شحنات كهربائية على حوافها. هذا هو التأثير الكهرضغطي في البلورات.

في الوقت الحاضر، لا يتم استخدام الكوارتز فقط ككهرباء انضغاطية، ولكن أيضًا العديد من المواد الأخرى المُصنَّعة بشكل أساسي: الملح الاصطناعي، تيتانات الباريوم، البوتاسيوم وفوسفات هيدروجين الأمونيوم (KDA وADR) وغيرها الكثير. تُستخدم البلورات الكهرضغطية على نطاق واسع لإعادة إنتاج الصوت وتسجيله ونقله.

هناك أيضًا طرق كهرضغطية لقياس ضغط الدم في الأوعية الدموية البشرية وضغط العصائر في سيقان وجذوع النباتات. تُستخدم الصفائح الكهرضغطية لقياس الضغط، على سبيل المثال، في فوهة مدفع مدفعي عند إطلاق النار، والضغط لحظة انفجار قنبلة، والضغط اللحظي في أسطوانات المحرك أثناء انفجار الغازات الساخنة فيها.

الصناعة الكهربائية الضوئية هي صناعة البلورات التي ليس لها مركز تناظر. هذه الصناعة كبيرة جدًا ومتنوعة، حيث تنمو مصانعها وتعالج مئات الأنواع من البلورات لاستخدامها في البصريات والصوتيات والإلكترونيات الراديوية وتكنولوجيا الليزر.

كما وجدت المادة متعددة البلورات بولارويد استخدامها في التكنولوجيا. بولارويد عبارة عن فيلم رقيق شفاف، مملوء بالكامل ببلورات صغيرة شفافة على شكل إبرة من مادة تعمل على استقطاب الضوء وتكسره. تقع جميع البلورات بالتوازي مع بعضها البعض، لذلك فهي جميعها تستقطب الضوء الذي يمر عبر الفيلم بالتساوي. تستخدم أفلام بولارويد في نظارات بولارويد. تقوم بولارويد بإلغاء وهج الضوء المنعكس، مما يسمح لجميع الضوء الآخر بالمرور من خلاله. فهي لا غنى عنها للمستكشفين القطبيين الذين يتعين عليهم دائمًا النظر إلى الانعكاس المبهر أشعة الشمسمن خلف حقل ثلجي جليدي.

ستساعد نظارات بولارويد في منع الاصطدامات بالسيارات القادمة، والتي تحدث في كثير من الأحيان لأن أضواء السيارة القادمة تعمي السائق، ولا يرى هذه السيارة. إذا كان الزجاج الأمامي للسيارات ونظارات المصابيح الأمامية للسيارة مصنوعًا من بولارويد، وتم تدوير كلا حقلي الرويد بحيث يتم إزاحة محاورهما البصرية، فلن يسمح الزجاج الأمامي بدخول ضوء المصابيح الأمامية للسيارة القادمة، و سوف "يطفئها".

لعبت البلورات دورًا مهمًا في العديد من الابتكارات التقنية في القرن العشرين. تولد بعض البلورات شحنة كهربائية عند تشوهها. كان أول تطبيق مهم لهم هو تصنيع مذبذبات الترددات الراديوية المستقرة بواسطة بلورات الكوارتز. من خلال إجبار لوحة الكوارتز على الاهتزاز في المجال الكهربائي لدائرة تذبذبية للترددات الراديوية، من الممكن تثبيت تردد الاستقبال أو الإرسال.

تُصنع أجهزة أشباه الموصلات، التي أحدثت ثورة في مجال الإلكترونيات، من مواد بلورية، خاصة السيليكون والجرمانيوم. في هذه الحالة، تلعب شوائب السبائك التي يتم إدخالها في الشبكة البلورية دورًا مهمًا. تُستخدم الثنائيات شبه الموصلة في أجهزة الكمبيوتر وأنظمة الاتصالات، وقد حلت الترانزستورات محل الأنابيب المفرغة في الهندسة الراديوية، كما تعمل الألواح الشمسية الموضوعة على السطح الخارجي للمركبة الفضائية على تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية. كما تستخدم أشباه الموصلات على نطاق واسع في محولات التيار المتردد والتيار المستمر.

تُستخدم البلورات أيضًا في بعض أجهزة المايزر لتضخيم موجات الميكروويف وفي أجهزة الليزر لتضخيم موجات الضوء. تُستخدم البلورات ذات الخصائص الكهرضغطية في أجهزة الاستقبال وأجهزة الإرسال الراديوية وفي رؤوس الالتقاط وفي السونار. تقوم بعض البلورات بتعديل أشعة الضوء، بينما تولد أخرى الضوء تحت تأثير الجهد الكهربي المطبق. قائمة استخدامات البلورات طويلة جدًا وتتزايد باستمرار.