Cristaux et croissance des cristaux
Les cristaux se produisent lorsque des atomes ou des molécules se rangent dans un modèle de structure rigide, formant des formes tridimensionnelles telles que des cubes ou des octaèdres. Ces formes se fixent les uns aux autres et à empiler facilement, mise en place dans une structure cristalline. Naturellement, les cristaux sont faits lorsque le magma interagit avec les minéraux de profondeur dans le sol, ou lorsque l'eau chaude se combine avec des minéraux à proximité des sites d'activité volcanique. Ces cristaux naturels prennent souvent beaucoup de temps pour se former, et sont appréciés pour leurs impuretés, qui ajoutent de la couleur et de la variété au cristal. Les cristaux peuvent être fabriqués à partir de nombreuses substances différentes, et des exemples communs vont de tous les types de quartz au sel de table commune.
Certains types de cristaux sont très utiles pour les industries, en particulier des cristaux de silicium, qui sont utilisés pour fabriquer des puces électroniques. Du fait que ces cristaux se produisent rarement dans la nature et sont équipées des défauts qui les rendent inutilisables dans la plupart des applications modernes, un certain nombre de procédés différents sont utilisés pour produire des cristaux dans les laboratoires et les usines. Certains cristaux, comme de nombreuses variétés de quartz, sont cultivées à des fins décoratives, tandis que les diamants synthétiques et des cristaux encore plus rares sont cultivées pour leurs qualités optiques et physiques uniques. La branche de la science qui traite de la structure cristalline et la croissance est connue comme la chimie à l'état solide.
Amateur Crystal Growth
Il y a plusieurs expériences simples utilisés dans les salles de classe pour montrer comment les cristaux sont cultivés synthétiquement. Pour les plus jeunes, une solution d'eau contenant de l'alun ou du sel dissous est évaporé, ce qui provoque les minéraux à se rassembler dans les modèles de cristal que l'eau quitte, la création d'un germe cristallin qui peut ensuite être mis en suspension dans une solution similaire. Des germes cristallins sont particulièrement utiles, car ils attirent naturellement les mêmes types de minéraux et de les amener à la structure cristalline "copie".
Des expériences plus compliquées pour les étudiants de niveau supérieur ressemblent plus étroitement le processus industriel de cristal en croissance. Une poudre minérale, généralement de l'alun, est scellé dans une ampoule sous vide solide et ensuite chauffé dans son ensemble, habituellement dans un four Bridgman ou un dispositif similaire. Lorsque la poudre a été fondue uniforme, le tube est soulevé lentement du four et laissé refroidir par paliers. Cette imite le même processus à base de magma qui forme des cristaux sous-sol, et après quelques semaines la poudre aurait formé dans un cristal complet.
Professional croissance des cristaux
Bien sûr, les méthodes industrielles sont beaucoup plus strictes que les expériences en classe. Lors de la croissance des cristaux de silicium, des machines sophistiquées est utilisé pour mesurer la température et la pression du polysilicium fondu, qui est contenu dans des bouteilles de métaux lourds destinés à être déplacé et mis en rotation avec précision que nécessaire pour créer une croissance cristalline exacte sans défaut. Un germe cristallin de silicium pur est généralement placé dans un récipient inférieur pour commencer la croissance cristalline. Selon l'application, une certaine impureté peut être ajouté pour donner du silicium propriétés conductrices particulières. Lorsque le cristal en croissance est terminé, il est retiré et découpé en tranches.