Aplikasi kristal dalam sains dan teknologi sangat banyak dan beragam sehingga sulit untuk menghitungnya. Oleh karena itu, kami membatasi diri pada beberapa contoh.

Mineral alami yang paling sulit dan paling langka adalah berlian.

Karena kekerasannya yang luar biasa, berlian memainkan peran besar dalam teknologi. Gergaji berlian memotong batu. Berlian sangat penting dalam pengeboran batu dan dalam operasi penambangan.

Alat ukiran, mesin pemisah, penguji kekerasan, bor batu dan logam memiliki titik intan yang disisipkan.

Bubuk berlian digunakan untuk menggiling dan memoles batu keras, baja yang dikeraskan, paduan keras dan superkeras. Berlian itu sendiri dapat dipotong, dipoles, dan diukir hanya dengan berlian. Bagian-bagian mesin yang paling penting dalam industri otomotif dan penerbangan diproses dengan pemotong dan bor berlian.

Ruby dan safir adalah salah satu batu permata yang paling indah dan paling mahal. Semua batu ini memiliki kualitas lain, lebih sederhana, tetapi bermanfaat.

Seluruh industri jam tangan bekerja pada rubi buatan. Di pabrik semikonduktor, sirkuit terbaik digambar dengan jarum ruby. Dalam industri tekstil dan kimia, pemandu benang ruby ​​menarik benang dari serat buatan, dari kapron, dari nilon.

Kehidupan baru ruby ​​​​adalah laser atau, seperti yang disebut dalam sains, generator kuantum optik (OQG). Pada tahun 1960 Laser ruby ​​pertama dibuat. Ternyata kristal ruby ​​​​menguatkan cahaya.Untuk laser ruby, diameter titik cahaya terkecil adalah sekitar 0,7 mikron. Dengan cara ini, kepadatan radiasi yang sangat tinggi dapat dihasilkan. Artinya, untuk memusatkan energi sebanyak mungkin. Sinar laser yang kuat dengan kekuatan yang sangat besar. Ini dengan mudah membakar lembaran logam, mengelas kabel logam, membakar pipa logam, mengebor lubang terbaik pada paduan keras, berlian. Fungsi-fungsi ini dilakukan oleh laser padat, yang menggunakan ruby, garnet dengan neodyte. Dalam operasi mata, laser neodyne dan laser ruby ​​paling sering digunakan. Sistem terestrial jarak dekat sering menggunakan laser injeksi gallium arsenide. Kristal laser baru juga muncul: fluorit, garnet, galium arsenida, dll.

Safir transparan, jadi pelat untuk instrumen optik dibuat darinya.

Sebagian besar kristal safir masuk ke industri semikonduktor.

Flint, amethyst, jasper, opal, chalcedony adalah semua jenis kuarsa. Oleh karena itu, lensa, prisma, dan bagian lain dari instrumen optik terbuat dari kuarsa transparan. Kaca kuarsa memiliki kualitas sebagai berikut:

Keseragaman tinggi dan transmisi yang baik dalam rentang inframerah ultraviolet, terlihat dan dekat;

Tidak ada fluoresensi;

Koefisien ekspansi termal yang rendah;

Ketahanan tinggi terhadap kerusakan mekanis dan kejutan termal;

Lepuh rendah.

Sifat listrik kuarsa sangat mengejutkan. Jika Anda mengompres atau meregangkan kristal kuarsa, muatan listrik muncul di permukaannya. Ini adalah efek piezoelektrik dalam kristal.

Saat ini, tidak hanya kuarsa, tetapi juga banyak lainnya, terutama zat yang disintesis secara artifisial digunakan sebagai piezoelektrik: garam biru, barium titanat, kalium dan amonium dihidrogen fosfat (KDR dan ADR), dan banyak lainnya.

Kristal piezoelektrik banyak digunakan untuk reproduksi, perekaman, dan transmisi suara.

Ada juga metode piezoelektrik untuk mengukur tekanan darah di pembuluh darah manusia dan tekanan cairan di batang dan batang tanaman.Pelat piezoelektrik mengukur, misalnya, tekanan dalam laras senapan artileri ketika ditembakkan, tekanan pada saat itu. ledakan bom, tekanan sesaat dalam silinder mesin ketika gas panas meledak di dalamnya.

Dalam teknologi, bahan polikristalin Polaroid juga telah menemukan aplikasinya.

Polaroid adalah film transparan tipis yang sepenuhnya diisi dengan kristal kecil seperti jarum transparan dari zat yang birefringent dan mempolarisasikan cahaya. Semua kristal sejajar satu sama lain, sehingga mereka semua sama-sama mempolarisasi cahaya yang melewati film.

Film polaroid digunakan dalam kacamata polaroid. Polaroid menghalangi silau cahaya yang dipantulkan sambil membiarkan semua cahaya lain melewatinya. Mereka sangat diperlukan bagi penjelajah kutub, yang terus-menerus harus melihat pantulan sinar matahari yang menyilaukan dari bidang salju yang sedingin es.

kristal cair

Kristal cair adalah zat yang secara bersamaan memiliki sifat cair (fluiditas) dan kristal (anisotropi). Menurut strukturnya, LC adalah cairan yang mirip dengan jeli, terdiri dari molekul memanjang, diatur dengan cara tertentu di seluruh volume cairan ini. Sifat paling khas dari LC adalah kemampuannya untuk mengubah orientasi molekul di bawah pengaruh medan listrik, yang membuka peluang luas untuk aplikasinya di industri. Menurut jenis LC, mereka biasanya dibagi menjadi dua kelompok besar: nematics dan smectics. Pada gilirannya, nematics dibagi lagi menjadi kristal cair nematic dan cholesteric yang tepat.

Salah satu kegunaan penting dari kristal cair adalah termografi. Dengan memilih komposisi zat kristal cair, indikator dibuat untuk rentang suhu yang berbeda dan untuk berbagai desain. Misalnya, kristal cair dalam bentuk film diterapkan pada transistor, sirkuit terpadu, dan papan sirkuit tercetak dari sirkuit elektronik. Elemen yang salah - sangat panas atau dingin, tidak berfungsi - segera terlihat oleh bintik-bintik warna cerah. Dokter telah menerima peluang baru: indikator kristal cair pada kulit pasien dengan cepat mendiagnosis peradangan laten dan bahkan tumor.

Dengan bantuan kristal cair, uap senyawa kimia berbahaya dan radiasi gamma dan ultraviolet yang berbahaya bagi kesehatan manusia terdeteksi. Berdasarkan kristal cair, pengukur tekanan dan detektor ultrasound telah dibuat. Namun bidang aplikasi zat kristal cair yang paling menjanjikan adalah teknologi informasi. Hanya butuh beberapa tahun dari indikator pertama, yang akrab bagi semua orang mulai dari jam tangan elektronik, hingga televisi berwarna dengan layar kristal cair seukuran kartu pos. TV ini memberikan kualitas gambar yang sangat tinggi, mengkonsumsi lebih sedikit energi.

Pengoperasian panel LCD apa pun didasarkan pada prinsip mengubah transparansi (lebih tepatnya, mengubah polarisasi cahaya yang ditransmisikan) dalam kristal cair di bawah pengaruh arus listrik. Dalam matriks TFT, lapisan kristal cair dikendalikan oleh serangkaian sakelar analog transistor mikroskopis, satu untuk setiap piksel gambar, yang memungkinkan untuk mencapai kecepatan titik mati yang tinggi dan meningkatkan kontras gambar. . Karena kristal cair sendiri tidak memiliki warna, panel warna memiliki tiga lapisan kristal cair (atau struktur mosaik satu lapis khusus) dengan filter yang sesuai untuk setiap komponen warna (merah, hijau, biru). Kristal cair tidak dapat menyala sendiri, oleh karena itu, untuk memberikan tampilan bercahaya yang familiar pada layar, lampu datar khusus dipasang di belakang panel LCD, yang menerangi layar dari belakang. Akibatnya, tampaknya bagi pengguna bahwa matriks "bersinar" seperti layar CRT biasa.

Jenis etsa: kering (plasma) dan cair (dalam etsa cair, asam HF). Keuntungan etsa kering: kemampuan untuk mengontrol anisotropi, kemampuan untuk mengontrol selektivitas, ketergantungan etsa yang lemah pada adhesi topeng pelindung ke substrat, tidak memerlukan operasi pencucian dan pengeringan berikutnya, lebih ekonomis daripada etsa dalam reagen cair. kekurangan: kerusakan pada permukaan material di bawah aksi pemboman oleh ion, elektron, dan foton. Etsa kering dibagi menjadi:

Karakteristik utama etsa kering: anisotropi adalah rasio tingkat etsa bahan kerja sepanjang normal ke permukaan pelat dengan tingkat etsa lateral; selektivitas adalah rasio tingkat etsa bahan yang berbeda (misalnya, pekerja dan topeng) di bawah kondisi yang sama.

pengetsaan ion- proses di mana lapisan permukaan material dihilangkan hanya sebagai hasil penyemprotan fisik. Penyemprotan dilakukan dengan energi ion gas yang tidak masuk ke dalam reaksi kimia dengan bahan yang diproses (biasanya ion gas inert). Jika bahan yang sedang diproses ditempatkan pada elektroda atau pemegang yang bersentuhan dengan plasma pelepasan, maka etsa dalam kondisi seperti itu disebut ion-plasma. Jika bahan ditempatkan di zona pemrosesan vakum, terpisah dari daerah plasma, maka etsa disebut etsa berkas ion.

PADA plasma-kimia Dalam etsa, lapisan permukaan bahan dihilangkan hanya sebagai akibat dari reaksi kimia antara partikel aktif secara kimia dan atom dari zat yang tergores. Jika bahan yang diproses berada di wilayah plasma pelepasan, maka etsa disebut plasma. Dalam hal ini, reaksi kimia etsa pada permukaan material akan diaktifkan oleh penembakan elektron dan ion energi rendah, dan juga oleh penembakan foton. Jika bahan terletak di zona pemrosesan vakum, biasanya disebut zona reaksi dan dipisahkan dari wilayah plasma, maka etsa dilakukan dengan partikel yang aktif secara kimia tanpa aktivasi oleh penembakan elektron dan ion, dan dalam beberapa kasus bahkan tanpa foton. paparan. Penggoresan seperti itu disebut radikal.

Plasma digunakan dalam tiga proses utama: untuk bahan etsa, untuk pengendapan film tipis (bahan lain) pada permukaan bahan, untuk doping (implantasi) partikel lain di dalam bahan.

Aplikasi modern dari teknologi plasma. Proses utama dalam teknologi fotolitografi (pengetasan logam, pengabuan plasma (pengabuan), plasma de-scum (penghapusan tahan))! Juga digunakan dalam teknologi fabrikasi: NEMS, MEMS, mikroelektronika, nanoelektronik, giroskop, akselerometer, etsa polimer, struktur mikro polimer, struktur mikro keramik, teknologi etsa dalam (dengan rasio aspek tinggi: rasio antara ukuran elemen fitur dan kedalaman etsa).

Sejak zaman kuno, umat manusia telah menggunakan kristal. Awalnya, ini adalah kristal alami yang digunakan sebagai alat dan sarana untuk penyembuhan dan meditasi. Belakangan, batu langka dan logam mulia mulai berfungsi sebagai uang. Penelitian dan penemuan ilmiah mendasar pada abad ke-20 memungkinkan untuk mengembangkan metode untuk mendapatkan kristal buatan dan secara signifikan memperluas area aplikasinya.

Kristal tunggal adalah kristal homogen yang memiliki kisi kristal kontinu dan sifat anisotropi. Bentuk luar kristal tunggal tergantung pada struktur atom-kristal dan kondisi kristalisasi. Contoh kristal tunggal adalah kristal tunggal kuarsa, garam batu, spar Islandia, berlian, topas.

Jika laju pertumbuhan kristal tinggi, maka akan terbentuk polikristal yang memiliki jumlah kristal tunggal yang banyak. Kristal tunggal dari zat dengan kemurnian tinggi memiliki sifat yang sama terlepas dari metode pembuatannya.

Sampai saat ini, ada sekitar 150 metode untuk mendapatkan kristal tunggal: fase uap, fase cair (larutan dan lelehan) dan fase padat.

Di Departemen Bahan Bersuhu Tinggi dan Metalurgi Serbuk, saya menggunakan metode terbaru untuk menumbuhkan kristal tunggal lantanum hexaboride dan berbagai paduan eutektik berdasarkan itu. Kristal tunggal dari senyawa ini digunakan untuk membuat katoda yang digunakan dalam teknologi emisi.

Dengan perkembangan teknik listrik dan elektronik, penggunaan kristal tunggal meningkat dari tahun ke tahun. Bagian yang terbuat dari bahan kristal tunggal dengan kemurnian tinggi dapat dilihat di semua model perangkat elektronik baru, mulai dari radio hingga mesin hitung elektronik besar.

Teknik ini tidak memiliki seperangkat sifat kristal alami, sehingga para ilmuwan telah mengembangkan metode teknologi yang kompleks untuk menciptakan seperti kristal zat dengan sifat menengah, dengan menumbuhkan lapisan ultra tipis (beberapa hingga puluhan nanometer) kristal bergantian dengan kisi kristal serupa - metode epitaksi. Kristal ini disebut kristal fotonik.

Dalam kristal fotonik ada pita energi terlarang - ini adalah nilai energi foton yang tidak dapat menembus ke dalam kristal dan larut di dalamnya. Jika energi kuantum cahaya memiliki nilai yang dapat diterima, maka ia akan berhasil melewati kristal. Artinya, kristal fotonik dapat berperan sebagai filter cahaya yang melewatkan foton dengan nilai energi tertentu dan menyaring semua yang lain.

Kristal fotonik memiliki 3 kelompok, yang ditentukan oleh jumlah sumbu spasial di mana indeks bias berubah. Menurut kriteria ini, kristal dibagi menjadi satu, dua dan tiga dimensi.

Perwakilan kristal fotonik yang terkenal adalah opal, yang memiliki pola warna yang menakjubkan, yang muncul justru karena adanya pita energi terlarang.

Kristal tunggal safir buatan hanya sedikit lebih rendah dari kekerasan berlian dan memiliki ketahanan yang tinggi terhadap goresan, yang memungkinkan mereka untuk digunakan sebagai layar pelindung pada perangkat elektronik (tablet, smartphone, dll.). Penggunaan metode Czochralski memungkinkan untuk mendapatkan kristal tunggal besar safir buatan.

Saat ini, para ilmuwan semakin berbicara tentang nanocrystals. Nanocrystals dapat memiliki ukuran dari 1 sampai 10 nm, yang tergantung pada jenis nanocrystals, serta pada metode persiapannya. Mereka biasanya 100 nm untuk keramik dan logam, 50 nm untuk berlian dan grafit, dan 10 nm untuk semikonduktor. Ukuran nanocrystals mempengaruhi penampilan sifat yang tidak biasa pada zat yang dikenal.

(Dikunjungi 1333 kali, 1 kunjungan hari ini)

Di alam, kristal tunggal dari sebagian besar zat tanpa retak, pengotor, dan cacat lainnya sangat jarang. Hal ini menyebabkan fakta bahwa banyak kristal telah disebut batu permata selama ribuan tahun. Berlian, rubi, safir, kecubung, dan batu berharga lainnya telah lama dihargai oleh orang-orang dengan sangat tinggi, terutama bukan karena sifat mekanis atau fisik khusus lainnya, tetapi hanya karena kelangkaannya.

Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi telah menyebabkan fakta bahwa banyak batu mulia atau kristal yang jarang ditemukan di alam menjadi sangat diperlukan untuk pembuatan suku cadang untuk perangkat dan mesin, untuk penelitian ilmiah. Kebutuhan akan banyak kristal telah berkembang sedemikian rupa sehingga tidak mungkin untuk memenuhinya dengan memperluas skala pekerjaan lama dan mencari deposit alam baru.

Selain itu, untuk banyak cabang teknologi, dan terutama untuk penelitian ilmiah, kristal tunggal dengan kemurnian kimia yang sangat tinggi dengan struktur kristal yang sempurna semakin dibutuhkan. Kristal yang ditemukan di alam tidak memenuhi persyaratan ini, karena mereka tumbuh dalam kondisi yang sangat jauh dari ideal.

Dengan demikian, masalah muncul dalam mengembangkan teknologi untuk produksi buatan kristal tunggal dari banyak elemen dan senyawa kimia.

Pengembangan metode yang relatif sederhana untuk membuat "batu berharga" mengarah pada fakta bahwa itu tidak lagi berharga. Ini dijelaskan oleh fakta bahwa sebagian besar batu permata adalah kristal dari unsur dan senyawa kimia yang tersebar luas di alam. Jadi, berlian adalah kristal karbon, ruby ​​​​dan safir adalah kristal aluminium oksida dengan berbagai pengotor.

Mari kita pertimbangkan metode utama menumbuhkan kristal tunggal. Sepintas, mungkin tampak bahwa kristalisasi dari lelehan sangat sederhana. Cukup untuk memanaskan zat di atas titik leleh, mendapatkan lelehan, dan kemudian mendinginkannya. Pada prinsipnya, ini adalah cara yang benar, tetapi jika tindakan khusus tidak dilakukan, maka paling-paling sampel polikristalin akan diperoleh. Dan jika percobaan dilakukan, misalnya, dengan kuarsa, belerang, selenium, gula, yang, tergantung pada laju pendinginan lelehannya, dapat mengeras dalam keadaan kristal atau amorf, maka tidak ada jaminan bahwa benda amorf tidak akan diperoleh.

Untuk menumbuhkan satu kristal, pendinginan lambat saja tidak cukup. Pertama-tama perlu untuk mendinginkan satu bagian kecil dari lelehan dan mendapatkan "inti" kristal di dalamnya, dan kemudian, dengan mendinginkan lelehan yang mengelilingi "inti" secara berurutan, biarkan kristal tumbuh di seluruh volume lelehan. . Proses ini dapat dicapai dengan perlahan-lahan menurunkan wadah dengan lelehan melalui lubang di tungku tabung vertikal. Kristal berasal dari bagian bawah wadah, karena jatuh ke daerah suhu yang lebih rendah sebelumnya, dan kemudian secara bertahap tumbuh di seluruh volume lelehan. Bagian bawah wadah dibuat sempit secara khusus, runcing ke kerucut, sehingga hanya satu inti kristal yang dapat ditemukan di dalamnya.

Metode ini sering digunakan untuk menumbuhkan kristal seng, perak, aluminium, tembaga dan logam lainnya, serta natrium klorida, kalium bromida, lithium fluorida dan garam lain yang digunakan dalam industri optik. Selama sehari, Anda bisa menumbuhkan kristal garam batu seberat sekitar satu kilogram.

Kerugian dari metode yang dijelaskan adalah kontaminasi kristal dengan bahan wadah.

Metode tanpa wadah untuk menumbuhkan kristal dari lelehan, yang digunakan untuk menumbuhkan, misalnya, korundum (rubi, safir), tidak memiliki kelemahan ini. Bubuk aluminium oksida terbaik dari biji-bijian dengan ukuran 2-100 mikron dituangkan dalam aliran tipis dari bunker, melewati nyala oksigen-hidrogen, meleleh dan, dalam bentuk tetes, jatuh pada batang tahan api bahan. Suhu batang dipertahankan sedikit di bawah titik leleh alumina (2030 ° C). Tetesan aluminium oksida didinginkan di atasnya dan membentuk kerak massa korundum yang disinter. Jarum jam lambat (10-20mm/jam ) menurunkan batang, dan kristal korundum yang belum dipotong secara bertahap tumbuh di atasnya.

Seperti di alam, mendapatkan kristal dari larutan bermuara pada dua metode. Yang pertama terdiri dari penguapan lambat pelarut dari larutan jenuh, dan yang kedua dalam penurunan lambat suhu larutan. Cara kedua lebih umum digunakan. Air, alkohol, asam, garam cair dan logam digunakan sebagai pelarut. Kerugian dari metode untuk menumbuhkan kristal dari larutan adalah kemungkinan kontaminasi kristal dengan partikel pelarut.

Kristal tumbuh dari area larutan lewat jenuh yang langsung mengelilinginya. Akibatnya, larutan kurang jenuh di dekat kristal daripada jauh darinya. Karena larutan lewat jenuh lebih berat daripada larutan jenuh, selalu ada aliran ke atas dari larutan "bekas" di atas permukaan kristal yang sedang tumbuh. Tanpa pengadukan larutan seperti itu, pertumbuhan kristal akan cepat berhenti. Oleh karena itu, larutan sering dicampur atau kristal dipasang pada dudukan yang berputar. Ini memungkinkan Anda untuk menumbuhkan kristal yang lebih sempurna.

Semakin lambat tingkat pertumbuhannya, semakin baik kristalnya. Aturan ini berlaku untuk semua metode penanaman. Kristal gula dan garam meja mudah diperoleh dari larutan berair di rumah. Tapi, sayangnya, tidak semua kristal bisa ditanam dengan mudah. Misalnya, memperoleh kristal kuarsa dari larutan terjadi pada suhu 400 ° C dan tekanan 1000 atm. .

Aplikasi kristal dalam sains dan teknologi sangat banyak dan beragam sehingga sulit untuk menghitungnya. Oleh karena itu, kami membatasi diri pada beberapa contoh.

Mineral alami yang paling sulit dan paling langka adalah berlian. Dalam seluruh sejarah umat manusia, hanya sekitar 150 ton yang telah ditambang, meskipun hampir satu juta orang sekarang bekerja di industri pertambangan berlian global. Saat ini, berlian pada dasarnya adalah pekerja batu, bukan penghias batu. Sekitar 80% dari semua berlian alami yang ditambang dan semua berlian buatan digunakan dalam industri. Peran berlian dalam teknologi modern begitu besar sehingga, menurut perhitungan ekonom Amerika, penghentian penggunaan berlian akan menyebabkan separuh kekuatan industri AS.

Sekitar 80% dari berlian yang digunakan dalam teknologi digunakan untuk mengasah alat dan pemotong "paduan superhard". Berlian berfungsi sebagai batu referensi (bantalan) di kronometer kelas atas untuk kapal laut dan instrumen navigasi sangat akurat lainnya. Bantalan berlian tidak menunjukkan tanda-tanda keausan bahkan setelah 25.000.000 putaran.

Agak kalah dengan berlian dalam kekerasan, ruby ​​​​bersaing dengannya dalam berbagai aplikasi teknis - korundum mulia, aluminium oksida Al 2 O 3 dengan campuran pewarna kromium oksida. Sekitar 40.000 batu referensi untuk jam tangan dapat dibuat dari 1 kg ruby ​​sintetis. Batang Ruby ternyata sangat diperlukan di pabrik untuk pembuatan kain dari serat kimia. Dibutuhkan ratusan ribu meter serat untuk menghasilkan 1 m kain serat buatan. Pemandu benang yang terbuat dari kaca yang paling keras aus dalam beberapa hari ketika serat buatan ditarik melaluinya, pemandu benang batu akik dapat bekerja hingga dua bulan, pemandu benang ruby ​​ternyata hampir abadi.

Area baru untuk penggunaan batu rubi secara luas dalam penelitian dan teknologi ilmiah dibuka dengan penemuan laser rubi - perangkat di mana batang rubi berfungsi sebagai sumber cahaya yang kuat yang dipancarkan dalam bentuk cahaya tipis. balok.

Peran luar biasa telah jatuh ke banyak kristal dalam elektronik modern. Sebagian besar perangkat elektronik semikonduktor terbuat dari germanium atau kristal silikon.

Kristal dan bahan kristal menemukan aplikasi di banyak instrumen dan perangkat yang kita temui setiap hari. Kristal digunakan: Di komputer dan ponsel, peralatan Audio dan video. Banyak perangkat modern yang kompleks untuk memproses, mentransmisikan, dan menyimpan informasi tidak dapat bekerja tanpa kristal. Kristal digunakan untuk mengubah satu jenis energi menjadi energi lain. Kristal diperlukan untuk menciptakan sumber cahaya yang koheren dan mengontrol radiasi laser. Sejak zaman kuno, kemegahan kristal telah menginspirasi orang untuk membuat perhiasan dan barang dekoratif yang indah. . Kristal sangat penting untuk perawatan permukaan. Kebutuhan akan kristal di dunia sangat tinggi, puluhan ribu ton berbagai kristal ditanam setiap tahun, dan spesialis dalam pertumbuhan dan penelitian kristal terus diminati baik di negara kita maupun di luar negeri. Pekerjaan pada penciptaan teknologi untuk bahan kristal termasuk dalam Daftar Arah Prioritas untuk Pengembangan Ilmu Pengetahuan, Teknologi dan Rekayasa Federasi Rusia, disetujui oleh Presiden Federasi Rusia.

Menggunakan berlian Beginilah tampilan pemotong berlian untuk memproses lensa kontak. Dalam industri, alat yang dilapisi dengan bubuk intan sering digunakan. Kekuatan berlian menjadikannya bahan yang paling cocok digunakan dalam pembuatan kawat tipis, khususnya filamen lampu listrik.

Meskipun hampir semua batu permata menggores kaca, hanya berlian yang dapat berhasil memotong potongan kaca Diamond Glass Cutter Kedua tepi kristal bertemu pada sudut yang lancip. Persyaratan ini paling baik dipenuhi oleh dua sisi dari belah ketupat dodecahedron. .

Laser Laser (Bahasa Inggris) adalah amplifikasi cahaya sebagai hasil dari emisi terstimulasi. Dasar dari laser adalah batang ruby. Ujung-ujungnya sangat sejajar satu sama lain. Beroperasi dalam mode berdenyut pada panjang gelombang 694 mm (cahaya ceri gelap), daya radiasi dapat mencapai 106–109 W per pulsa.

Peran paling penting dalam memperoleh sinar laser dimainkan oleh kristal rubi (Al2O3) dengan penambahan kromium. Diagram tersebut menunjukkan: 1. Lingkungan kerja2. Energi pompa laser3. Cermin buram4. cermin tembus pandang5. Sinar Laser Laser banyak digunakan dalam industri untuk berbagai jenis pengolahan bahan: Pengeboran lubang untuk pengelasan produk tipis. Area utama penerapan laser berdenyut daya rendah dengan mikroelektronika: Dalam industri elektrovakum Teknik mesin Kedokteran.

Sebuah laser kecil, tetapi dapat membakar berbagai jenis bahan dan pada jarak yang cukup jauh. Sebagai sumber tenaga, digunakan 8 buah baterai yang cukup besar. Mereka cukup untuk 100 tembakan. Daya aliran keluaran - 3 J/s.

Jam tangan kuarsa - jam tangan di mana kristal kuarsa digunakan sebagai sistem osilasi. Kekerasan tinggi batu rubi, atau korundum, menyebabkan penggunaannya secara luas di industri. Sekitar 40.000 batu referensi arloji diperoleh dari 1 kg ruby ​​sintetis. Pemandu filamen batang Ruby ternyata sangat diperlukan di pabrik untuk pembuatan serat kimia. Mereka praktis tidak aus. Pemandu benang yang terbuat dari kaca yang paling keras, ketika serat buatan ditarik melaluinya, akan aus dalam beberapa hari.

Kristal cair Kristal cair. Ini adalah zat yang tidak biasa yang menggabungkan sifat-sifat kristal padat dan cair. Seperti cairan, mereka cair, seperti kristal, mereka memiliki anisotropi. .

Struktur molekul kristal cair sedemikian rupa sehingga ujung molekul berinteraksi sangat lemah satu sama lain, sedangkan permukaan samping berinteraksi sangat kuat dan dapat menahan molekul dengan kuat dalam satu ensemble. Kristal cair: smectic (kiri) dan cholesteric (kanan) Kristal cair ditemukan pada awal tahun 1888. Tetapi mereka menemukan aplikasi praktis hanya tiga puluh tahun yang lalu. "Kristal cair" mengacu pada keadaan transisi suatu zat, di mana ia memperoleh fluiditas, tetapi tidak kehilangan struktur kristalnya.

Yang paling menarik bagi teknologi adalah kristal cair kolesterik. Di dalamnya, arah sumbu molekul di setiap lapisan sedikit berbeda satu sama lain. Sudut rotasi sumbu bergantung pada suhu, dan warna kristal bergantung pada sudut rotasi. Hubungan ini digunakan dalam pengobatan: Anda dapat secara langsung mengamati distribusi suhu di atas permukaan tubuh manusia Termometer kristal cair dalam bentuk strip indikator warna.

Indikator alfanumerik jam elektronik, mikrokalkulator. Angka atau huruf yang diinginkan direproduksi menggunakan kombinasi sel-sel kecil yang dibuat dalam bentuk garis-garis. Setiap sel diisi dengan kristal cair dan memiliki dua elektroda yang diberi energi. Tergantung pada besarnya tegangan, sel-sel tertentu "menyala".

Struktur kristal cair - larutan sangat penting bagi kehidupan tubuh: untuk sirkulasi darah, transfer oksigen olehnya, fungsi sel-sel otak untuk pengoperasian berbagai membran sel. Cacat pada struktur membran menyebabkan penyakit dalam tubuh. Pembentukan kristal kolesterik dan terutama kristal smectic cair dalam darah menyebabkan penyakit kardiovaskular. Dengan konsentrasi yang tidak menguntungkan dari berbagai komponen dalam empedu, kristal pertama yang tidak sepenuhnya padat terbentuk, dan kemudian "batu".

Kristal cair digunakan dalam berbagai jenis layar yang dapat dikontrol, penutup optik, layar televisi datar. Layar TV LCD, bisa dikatakan, adalah "sandwich" berlapis-lapis.

Semikonduktor Banyak kristal bukan penghantar listrik yang baik, seperti logam, tetapi mereka juga tidak dapat diklasifikasikan sebagai dielektrik, karena mereka juga bukan isolator yang baik. Ini adalah semikonduktor. 4/5 massa kerak bumi: germanium, silikon, selenium, dll., banyak mineral, berbagai oksida, sulfida - adalah semikonduktor.

Semikonduktor dalam mikroelektronika Di bawah pengaruh suhu, pencahayaan, resistivitas listrik semikonduktor berubah. Pekerjaan termistor, fotoresistor didasarkan pada fenomena ini. Fotoresistor terbuat dari timbal sulfida, kadmium sulfida, kadmium selenium, memiliki struktur kristal. Fotoresistor banyak digunakan: 1. Kontrol debu dan asap di kamar 2. Sakelar penerangan jalan otomatis 3. Pintu putar di kereta bawah tanah 4. Menyortir dan menghitung produk jadi 5. Kontrol kualitas dan kesiapan berbagai bagian.

Ukuran perangkat semikonduktor yang sangat kecil (kadang-kadang hanya beberapa milimeter), daya tahan yang terkait dengan fakta bahwa sifat mereka sedikit berubah dari waktu ke waktu, kemampuan untuk dengan mudah mengubah konduktivitas listriknya memberikan banyak peluang untuk penggunaan semikonduktor. Termistor generasi baru memastikan pengoperasian yang sempurna pada suhu tertentu.

Sirkuit terpadu Ini adalah kumpulan dari sejumlah besar komponen yang saling berhubungan - transistor, dioda, resistor, kapasitor, kabel penghubung, dibuat pada satu chip. Lapisan pengotor dan dielektrik diendapkan berturut-turut pada pelat semikonduktor (kristal silikon), dan lapisan logam diendapkan. Beberapa ribu perangkat mikro listrik terbentuk pada satu kristal. Dimensi sirkuit mikro semacam itu biasanya 5,5 mm, dan perangkat mikro individu sekitar 10-6 m Prosesor Pentium-4 modern terdiri dari 42 juta transistor. Sirkuit terpadu - (dua foto di sebelah kiri), dan bagian dari inti Pentium MMX (foto di sebelah kanan)

Efek Piezo Jika sebuah pelat dipotong dari kristal kuarsa (dielektrik kuarsa) dengan cara tertentu dan ditempatkan di antara dua elektroda, maka ketika pelat kuarsa dikompresi, muatan yang sama besarnya, tetapi berbeda tanda, akan muncul pada elektroda. Efek piezoelektrik sangat dimanifestasikan dalam kristal titanium, timbal, dan turunannya. Kristal semacam itu adalah dasar dari mikrofon dan telepon piezoelektrik. Mereka mengubah tekanan menjadi gaya gerak listrik dalam pengukur tekanan, berfungsi untuk menstabilkan frekuensi pemancar radio, mengukur tekanan mekanis dan getaran.

Sumber Cahaya Dalam sumber cahaya modern, cahaya dingin dari proyektor melewati kabel fiberglass ke ujung cahaya (kristal), yang memberikan aliran cahaya terarah, bebas dari radiasi ultraviolet dan inframerah, dan oleh karena itu baik untuk mata. Untuk pantulan cahaya dekoratif, kristal segi digunakan, yang memiliki bentuk runcing, setengah lingkaran, dan bulat.

Danjadi ..... Hari ini kita dapat dengan aman mengatakan: tanpa kristal, sebagian besar area aktivitas manusia tidak akan mungkin, karena area penggunaannya yang sangat besar. Beberapa kristal digunakan untuk chip, laser, perhiasan, perangkat nanoelektronik. Lainnya digunakan untuk membuat indikator termo, sensor, implan, bantalan, kacamata arloji, pisau bedah, kacamata optik. Yang lain lagi dirancang untuk komputer optik, fosfor, scintillator, tampilan laptop.

Kristal - biru, hijau, merah, transparan, dengan kilau logam, bercahaya sendiri, magnetis, listrik, terdengar, bergetar, super keras dan bahkan cair, super kuat dan plastik, permeabel, seperti saringan, berubah warna dan bentuk, segi, pipih dan bahkan berserat dan seperti pohon Semua ini adalah fisika keadaan padat dan polihedra!

1 slide

2 slide

Aplikasi kristal dalam industri sangat banyak dan beragam sehingga sulit untuk menghitungnya. Oleh karena itu, kami membatasi diri pada beberapa contoh.

3 slide

Mineral alami yang paling sulit dan paling langka adalah berlian. Saat ini, berlian pada dasarnya adalah pekerja batu, bukan penghias batu. Karena kekerasannya yang luar biasa, berlian memainkan peran besar dalam teknologi. Gergaji berlian memotong batu. Gergaji berlian adalah cakram baja berputar besar (berdiameter hingga 2 meter), di tepinya dibuat takik atau takik. Bubuk berlian halus, dicampur dengan beberapa zat lengket, dioleskan ke sayatan ini. Disk seperti itu, berputar dengan kecepatan tinggi, dengan cepat memotong batu apa pun.

4 slide

Berlian sangat penting dalam pengeboran batu dan dalam operasi penambangan. Alat ukiran, mesin pemisah, penguji kekerasan, bor batu dan logam memiliki titik intan yang disisipkan. Bubuk berlian digunakan untuk menggiling dan memoles batu keras, baja yang dikeraskan, paduan keras dan superkeras. Berlian itu sendiri dapat dipotong, dipoles, dan diukir hanya dengan berlian. Bagian-bagian mesin yang paling penting dalam industri otomotif dan penerbangan diproses dengan pemotong dan bor berlian.

5 slide

Ruby dan safir adalah salah satu batu permata yang paling indah dan paling mahal. Semua batu ini memiliki kualitas lain, lebih sederhana, tetapi bermanfaat. Ruby merah darah dan safir biru lazar adalah saudara kandung, umumnya mineral yang sama - korundum, aluminium oksida A12O3. Perbedaan warna muncul karena pengotor yang sangat kecil dalam aluminium oksida: penambahan krom yang dapat diabaikan mengubah korundum yang tidak berwarna menjadi rubi merah darah, titanium oksida menjadi safir. Ada korundum dan warna lain. Mereka juga memiliki saudara laki-laki yang sangat sederhana dan tidak mencolok: coklat, buram, korundum halus - ampelas, yang digunakan untuk membersihkan logam, dari mana kulit ampelas dibuat. Korundum dengan segala jenisnya adalah salah satu batu yang paling keras di Bumi, yang paling keras setelah berlian. Korundum dapat digunakan untuk mengebor, menggiling, memoles, mengasah batu dan logam. Roda gerinda dan batu asah, bubuk gerinda terbuat dari korundum dan ampelas.

6 slide

Seluruh industri jam tangan bekerja pada rubi buatan. Di pabrik semikonduktor, sirkuit terbaik digambar dengan jarum ruby. Dalam industri tekstil dan kimia, pemandu benang ruby ​​menarik benang dari serat buatan, dari kapron, dari nilon.

7 slide

Kehidupan baru ruby ​​​​adalah laser atau, seperti yang disebut dalam sains, generator kuantum optik (OQG), perangkat luar biasa di zaman kita. Pada tahun 1960 Laser ruby ​​pertama dibuat. Ternyata kristal ruby ​​​​menguatkan cahaya. Laser bersinar lebih terang dari seribu matahari. Sinar laser yang kuat dengan kekuatan yang sangat besar. Ini dengan mudah membakar lembaran logam, mengelas kabel logam, membakar pipa logam, mengebor lubang terbaik pada paduan keras, berlian. Fungsi-fungsi ini dilakukan oleh laser padat, yang menggunakan ruby, garnet dengan neodyte. Dalam operasi mata, laser neodyne dan laser ruby ​​paling sering digunakan. Sistem terestrial jarak dekat sering menggunakan laser injeksi gallium arsenide.

8 slide

Kristal laser baru juga muncul: fluorit, garnet, galium arsenida, dll. Safir transparan, jadi pelat untuk perangkat optik dibuat darinya. Sebagian besar kristal safir masuk ke industri semikonduktor. Flint, amethyst, jasper, opal, chalcedony adalah semua jenis kuarsa. Butiran kecil kuarsa membentuk pasir. Dan varietas kuarsa yang paling indah dan paling indah adalah kristal batu, mis. kristal kuarsa transparan. Oleh karena itu, lensa, prisma, dan bagian lain dari instrumen optik terbuat dari kuarsa transparan.

9 slide

Perangkat semikonduktor yang telah merevolusi elektronik terbuat dari zat kristal, terutama silikon dan germanium. Dalam hal ini, dopan, yang dimasukkan ke dalam kisi kristal, memainkan peran penting. Dioda semikonduktor digunakan dalam komputer dan sistem komunikasi, transistor telah menggantikan tabung vakum dalam teknik radio, dan panel surya yang ditempatkan di permukaan luar pesawat ruang angkasa mengubah energi matahari menjadi energi listrik. Semikonduktor juga banyak digunakan dalam konverter AC/DC. Kristal memainkan peran penting dalam banyak inovasi teknis abad ke-20. Beberapa kristal menghasilkan muatan listrik ketika berubah bentuk. Aplikasi signifikan pertama mereka adalah pembuatan osilator frekuensi radio yang distabilkan oleh kristal kuarsa. Dengan membuat pelat kuarsa bergetar di medan listrik dari rangkaian osilasi frekuensi radio, seseorang dapat dengan demikian menstabilkan frekuensi penerima atau transmisi.

10 slide

Kristal juga digunakan di beberapa maser untuk memperkuat gelombang mikro dan di laser untuk memperkuat gelombang cahaya. Kristal dengan sifat piezoelektrik digunakan dalam penerima radio dan pemancar radio, di kepala pickup dan sonar. Beberapa kristal memodulasi berkas cahaya, sementara yang lain menghasilkan cahaya dengan menerapkan tegangan. Daftar kegunaan kristal sudah panjang dan terus bertambah.