Реферат: Получение и применение кристаллов - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Получение и применение кристаллов

Банк рефератов / Физика

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 38 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 3 Реферат по физике на тему : “ По лучение и приме нение кристаллов ” . Руководитель : Га ликеев а О.Е. Выполнил : Шварц В.И. Межгорье 2006 Введение. Темой своего реферата я выбрал кристаллы , так как считаю эту область физики одной из самых интересных и для изучения и работы. В наше время наука идёт вперёд с огромной скоростью . Для воплощения в жизнь некоторых проектов требуются материалы , обла дающие определёнными свойствами , но эти матер иалы не существуют в природе , но их можно вырастить искусственно . Выращивать можно и встречающиеся в природе кристаллы – например алмазы – для снижения их сто имости или получения экземпляр ов больших размеров. Ещё один вид кристаллов , повсеместно применяющийся в электронике – эт о жидкие кр исталлы . Их можно увидеть везде – это экраны телевизоров и мони торы компьютеров , электронные часы и микрокал ькуляторы , экраны мобильных телефонов цифровых фотоаппаратов и т.д . и т.п . По моему мнению , изучение кристаллов , в о всех их проявлениях , является н аибол ее перспективным и востребованным занятием в области физики твёрдого те ла на несколько ближайших д есятилетий . Общие сведения о кристаллах . Физик а твёрдого тела (раздел физики , изучающий структуру и свойства твёрдых тел ) – это одна из основ современн ого технологич еского общества . В сущности , огромная армия инженеров всего мира работает над создание м твёрдых материалов с заданными свойствами , необходимыми для использования в самых р азнообразных станках , механизмах и устройствах в области связи , трансп о рта и компьютерной техники . Сегодня речь пойдёт о кристаллах. Кристаллическими считаются в ещества , атомы которых расположены регулярно , так что образуют правильную трёхмерную решётк у , называемую кристаллической . Кристаллам ряда химических элементов и их со единений присущи замечательные механические , электрические , магнитные и оптические свойства. Главным отличием кристаллов от других твёрдых тел является , как уже говорилось , наличие кристаллической решётки – совокупности периодически расположенных атомов , м олеку л или ионов. Русский учёный Е.С.Фёдор ов установил , что в при роде может существовать только 230 различных про странственных групп , охватывающих все возможные кристаллические структуры. Б ольшинство из них (но не все ) обнаружены в природе или созданы иску сственно . Кристаллы могут иметь форму различных призм , основанием которых могут быть правильный треугольник , квадрат , параллелограмм и шестиуго льник. Кристаллические решётки мета ллов часто имеют форму гранецентрированного ( медь , золото ) или объемно-центрир ованного ку ба (железо ), а так же шестигранной призмы (цинк , магний ). В основе классификации кристаллов и об ъяснения их физических сво йств может лежать не только форма элемент арной ячейки , но и другие виды симметрии , например , поворот вокруг оси . Осью симме трии называют прямую , при повороте вок руг которой на 360 ° кристалл несколько раз совмещае тся сам с собой . Число таких совмещений называют порядком оси . Существуют кристаллическ ие решётки , обладающие осями симметрии 2-го , 3-го , 4-го , и 6-го порядков . Возмож на симметрия кристаллической решётки относительно п лоскости симметрии , а также комбинация разных видов симметрии. Большинство кристаллических тел являются поликристаллами , т.к . в обычных условиях выраст ить монокристаллы достаточно сложно , этому ме шают всев озможные примеси . В свете рас тущей потребности техники в кристаллах высокой степени чистоты перед наукой встал вопрос о разработке эффективн ых методов искусственного выращивания монокриста ллов различных химических элементов и их соединений. С уществует три способа о бразования кристаллов : кристаллизаци я из расплава , из рас твора и из газово й фазы . Примером кристалл изации из расплава может служит ь образование льда из воды (ведь вода — это р асплавле н ный лёд ), а также образования вулканич еских пород . Пример крис таллизации из раствора в природе вып ад ение сотен миллионов тонн соли 113 морской в оды . При охлаждении газа (или пара ) электрические силы притяжени я объединяют атомы или моле кулы в кристаллическое твёрдое вещество — так образуются снежники. Наиболее расп рос т ранёнными сп особами искусств енного выращивания монокристаллов являются кристаллизация из раствора и из расплава . В п ервом случае кристаллы растут из насыщенного раствора при медленном испарении растворителя или п ри медленном понижении температуры . Такой п роцесс можно продемонстрировать в ла боратории с водным растворо м по варенной соли . Если дать воде возможность медленно испаряться , то, в конце концов , раствор ст анет насыщенным , и дальнейш ее испарение приведет к выпадению соли. Если твёрдое вещество нагреть , оно пе рейдёт в жидкое состояние — расплав . Трудности выращ ивания монокр исталлов из расплав ов свя заны с высокой температурой п лавления . Например , для получения кристалла рубин а нужно расплавить порошо к оксида алюминия , а дл я этого его нужно нагреть до тем пе ратуры 2030 ° С , Порошок высыпают тонкой струйкой в кислород но - водор одное пламя , где он пла вится и кап лями падает на стержень из тугоплавкого материала . На этом стержне постепенно и вырастает монокристалл ру бина. Применение кристаллов . 1. А лмаз. Около 8 0% всех до бываемых природных алмазов и все искусственные алмаз ы используются в Промыш л енности . Алмазные инструменты испо льзуются для обработки деталей из самых твёрдых материалов , для бурения скважин при разведке и добыче полезных ископаемых , служат опорны ми камнями в хронометрах высшего класса для морских судов и других , особо точных приборах . На алмазных подшипниках не обнаруживается никакого износа даже после 25 млн. оборотов . Высокая теплопроводность алмаза позволяет использовать его в качестве теплоотв одящей подложки в полупроводниковых электронных микросхемах. Конеч но , алмазы используются и в ювелирных изде лиях — это бриллианты. 2. Рубин. Высокая твёрдость рубинов , или корундов , обусловила их широкое применение в промы шленности . Из 1 кг синтетического рубина получается около 40 000 опо рных камней для часов . Незаменимыми оказ ались рубиновые стержни-ни теводители на фабриках по и зготовлению химического волокна . Они практически не изнашиваются , в то время как нитев одители из само го твёрдого стекла при протяжке через них искусственного волокна изнашиваются за несколько дней. Новые перспективы для широкого применения рубинов в научных исследованиях и в технике открылись с изобретением рубинового л азера , в котором рубиновый стержень служи т мощным источником света , испускаемого в виде тонкого луча. 3. Жидкие кристаллы. Это необычные вещества , которые совмещают в себе свойства кристаллического твёрд ого тела и жид кости . Подобно жидкостям о ни текучи , подобно кристаллам обладают анизот роп и ей . Строение молекул жидких крист аллов таково , что концы молекул очень слабо взаимо действуют друг с другом , в то же время боковые поверхност и взаимодействуют очень сильно и могут прочно удерживат ь молекулы в едином ансамбле. Наибольший интерес для техн ики представляют холестерические жидкие кристаллы . В них направление осей молекул в каждом с лое немного отличается друг от друга . Углы поворота осей зависят от температуры , а от угла поворота зависит окраска кристал ла . Эта зависимость используется в медицине : можно непосредственно наблюдать распределение температуры по поверхности человеческого тела , а это важно для выявления с крытых под кожей очагов воспалительного процесса . Д ля исследования изготовляют тонкую полиме рную плёнку с микроскоп ическими полостями , заполне нными холестериком . Когда т акую п лёнку н акладывают на тело , то получается цветное отображение р аспределения температуры . Этот же п ринцип используется в жидкокристаллических термометрах. Наибо лее широкое пр именение ж идкие кристаллы получили в буквенн о-цифров ых инди каторах электронных часов , микрокалькуляторов и тд . Нужная цифра или буква воспро изводится с помощью комбинации небольш их ячеек , выполненн ых в виде полосок . Каждая ячейка заполнена жидким кристаллом и имеет два электрода , на которые подаётся напряжени е . В зависимости от величин ы напряжен ия , загораются те или иные ячейки . Индикаторы можно делать чрезвычайно миниатю рными , они п отребляю т мало энергии. Жидки е кристаллы применяются в различного рода управляемых экранах , оптических з атворах , плоски х телевиз ионных экранах. 4. Полупроводники. Исключительная роль в ыпала на долю кр исталлов в современной электроник е . Многие вещ ества в кристаллическом состоянии не являются такими хорошими проводниками электричества , как мет аллы , но их нельзя отнести и к д иэлектрикам , т.к . они не являются и хорошими изоляторами . Такие вещества относят к полупроводникам . Эт о большинство веществ , их общая масса сост авляет 4/5 массы земной коры : германий , кремний , селен и др ., множество минералов , различные оксиды , сульфиды , т еллуриды и др. Наиболее характерным св ойством полупроводников являет ся резкая зависимость их удельного электричес кого сопротивления под воздействием различных внешних возд ействий : темпе ратуры , освещения . На э том яв лении основана работа таких приборов , как термисторы , фоторез исторы. Объединяя полупроводники различного типа проводимости , можно п ропускать электрический ток тольк о в одном направлении . Это свойство широко используется в диодах , транзисторах. Исключительно малые размеры полупровод никовых приборов , иногда в сего несколько миллиметров , долговечность , связанная с тем , что их свойства мало меняются со временем , возможность лег ко изменять их электропр ов одность открывают широкие перспективы и спользования по лупроводников сегодня и в будущем. 5. Полупровод ники в микроэлектрони ке. Интегральной микросхемой называют совокупность большого числа взаимосвязанных компонентов — транзисторов , диодов , резисторов , конденс аторов , соединительных проводов , изготовленных на одном кристалле . При изготовлении интегральн ой с хемы на пластинку из полупроводник а (обычно это кристаллы кремния ) наносятся по следовательно слои примес ей , диэлектриков , напыляются слои металла . В результате на одном кристалле формируется неско лько т ысяч электрических микроприборов . Раз меры такой микр ос хемы обычно 5 5 мм , а отдель ных микроприборов — порядка 106 м. В последнее время всё чаще стали о бсуждать возможность создания элек тронных микросхем , в которых размеры элементов будут сопоставимы с размерам и самих м олекул , т.е . порядка 10 -9 – 10 -10 м . для этого на очище нную поверхн ость монокристал ла никеля или кремния с помощью туннельного микр оскопа нап ыляются небольшие количества ато мов или молекул других веществ . Поверхность крист алла охлаждается до -269 °С , чтобы исключить заметные пе ремещения атомов вследствие теплового дви жения . Размещение отдельных атомов в заданных местах открывают фантастические возможности создания хранилищ инф ормации на атомном уровне . Это уже предел миниатюризации . 6 . Вол ьфрам в молибден . На современном уровне технического развития резко возросли скорости нагрева и охлаждения деталей приборов и машин , значи тельно увеличился интервал температур , п ри которых им приходится работ ать . Очень часто требуется дли тельная работа при очень высоких темп ерату рах , в агрессивных средах . Также необходи мы маши ны , способные выдерживать большо е число температурных циклов. При таких сложных условиях эксплуатации дет али и це лые узл ы многих машин и приборов о чень быстро изнашиваются , покрываются трещинами и разрушаются . Д ля раб оты п ри высоких температ урах широко применяются туг оплавкие металлы , например , молибден и вол ьфрам . Монокристаллы вольф рама и молибдена , полученны е при помощи зонной плавки , используются для изготовления сопел реактивных и пря мо точных воздушно -реактив ны х двигателей обшивок головных част ей ракет , ионных двигате лей , турбин . атомных силовых ус тановок и во многих дру гих устройствах и механизмах Поликристаллические в ольфрам и молибден применяются для и зготовления анодов , катодов , нитей накаливания в л ам пах , высокотемпературных эл ектрически х печей. 7. Кварц. Эго диоксид кремния , один из самых распрос транённых м и нералов земной коры , по с ути , песок . Природные кристаллы кварца им еют размеры от песчинок до нескольких десятков са нтиметров , встречаются крис та ллы размером до одного метра и более . Чис т ый кристалл кварца бесцветен , ничтожные посто ронние примеси вызывают ра знообразную окраску . Прозрачные бесцветные кри сталлы — э то горный хруст аль , фиолетовые — аметист , дымчатые — раухтопаз . Оптические свойства кварца обусловили широкое применение его в оптическом приборостроении : из него делают п ризмы для с пектрографов , монохро маторов . Кварц , в отличие от стекла , хорошо пропу скае т ультрафиолетовое излучение , поэтому из него изготавливают специальные линзы , прим еняемые в ультрафиолетовой опти ке. Кварц также обладает пье зоэлектрическими свойства ми , т . е . способе н преобразовывать механическое воздейст вие в электри ческое напряжение . Бл агодаря этому свойств у кварц широко применяется в радиотехнике и электронике — в ст абилизат орах частоты (в том числе и в часах ), всевозможн ых фильтрах , резонаторах и тд , С помощью кристал лов кварца возбуждают (и измеряют ) малые механические и акус тические воздействия. И з плавленого кварца изготавлив ают тигли , сосуды и дру гие емкости для химических лабораторий . Способы повыш ения прочности твёрдых тел. Полик ристаллическими яв ляются стальные каркасы зданий и мостов , рельсы железных дорог , станки , детали м аш ин и самолётов . Значения ре альной и теоретической прочности расходятся в десятки , даже сотни раз . Причина кроется в наличия внутренних и поверхностных дефектов в кристаллически х решётках. Д ля получения высо копрочных мате риалов нужно выращи вать монокристалл ы , но возможности без дефек тов . Это очень сложная задача . Больши нство современных методов упрочнения мате риалов основано на другом способ е : в кристалле создаются препятствия перемещению дефектов . Ими могут служить дислокации (наруше ния поряд ка расположения атомов в кристаллической решётке ) и другие , спец иально созданные , дефекты. К таким методам относятся , например : легирование стадо : вво дят в расплав небольшие добавки хром а или вольфрама , при этом прочность возрастает в три раза ; высоко скоростная кристалл и зация : чем быстрее отво дится тепло от зат вердевшего слитка , тем меньше размеры кристал лов . При этом у лучшаются физи ческие и механическ ие характеристи ки . Для быстрого отвода тепла расплавленный металл струёй нейтрального газа распыляется в мельчайшую пыль , ко торую затем спрессовывают при высоких давлени и и температуре Повыш е ние прочности кристаллически х тел даёт выигрыш в размерах Различных агрегатов , позволяет умен ьшить их массу , повышает рабочую температуру и ув еличивает срок службы. Механизм выращивания кристаллов. Механ изм роста кристалло в долгое время считалось очеви дным , что при росте кристалл строится слой за слоем . Сначала завершается построение одного слоя , потом начинается укладка следующ его и т . д . В результате грани , наращив аясь слой за слоем , п еремещаются парал лельно самим себе , как при кладке кирпично й стены . О справедливости такого предположени я , казалось бы , говорят факты существования плоских граней у кристаллов . Ясно , что о саждение нового атома наиболее вероятно в точке А поверхности , где о н буд ет удерживаться тремя Соседями , так как в любой другой точке поверхности грани он будет удерживаться меньшим числом соседей (см . приложение ). Когда закончится застройка четвертого ряда , начнется застройка пятого и т . д ., пока не завершится вся плоско с ть. После этого рост кристалла затрудняется , так как образование нового Слоя событие менее вероятное . В любом месте на завер шенной плоскости атом будет связан с небо льшим числом атомов кристалла . Вероятность то го , что эта слабая связь будет Нарушена теплов ым Движением , велика , поэтому атом не может закрепиться на кристалле . При таком механизме застройки атомных плоскостей скорость роста кристалла должна бы ть очень малой . В опыте же по выращива нию кристаллов из паров с пересыщением вс его 1% была обнаружена скорость роста крис талла в 10 1000 больше рассчитанной теоретически ! Дефекты в кристаллах . Объяс нение расхождению тео рии и практики было найдено лишь сравнительно недавно . Легкость , с какой начинается з ас тройка новой атомной плоскости можно объяснить тем, что реальные кристаллы имеют множество дефектов структуры. Опи сывая строение кристаллов , мы пользовались их идеальными моделями . Отличие реальных криста ллов от идеальных заключается в том , что реальные кристаллы не обладают правильной кристаллической реш еткой , а имеют целый ряд нарушений в расположении атомов , назы ваемых дефектами . Знание условий образования дефектов и способов их устранения играет большую роль при использовании кристаллов на практике. Схемы возникновения дефектов в кристаллах показаны на рисунке 27. Самые простые дефекты в идеальной кристаллической решетке в озникают в результате замещения собственного атома чужеродным , внедрения атома в междоузли е , отсутствия атома в одном из узлов к ристаллической решетки. Дислокации . Особую роль в процес се роста кристалла играют несовершенства его структуры , называемые д ислокациями (смещениями ). Простейшими видами дислок ации являются краевая и винтовая . Краевая дислокация образуется в месте обрыва “лишней” атомной полуплоскости (см . приложение ). В с лучае винтовой дислокации атомные плоскости образуют систему , напоминающую винтовую лест ницу . Количество дислокаций в кристаллах може т быть очень большим , достигая 10 8 – 10 9 см -3 . Кристаллов без дислокаций не существует . Постоянное наличие открытой ступеньки вин товой дисло кации создаёт благоприятные условия для роста кристаллов . ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ . Бол ьшинство веществ может находиться в трех состояниях – твёрдом, жидком и газообразном. Однако некоторые о рганические вещества, молекулы которых имеют нитевидную форму или форм у плоских пластин, могут находиться в особом: состоянии, обладая одновре менно свойством анизотропии и текучести. Это состояние, сочетающее свой ства кристалла и жидкости, называют жидкокриста ллическим состоянием. В среднем на каждые 200 сложны х органических соединений приходится одно, способное к образованию жид ких кристаллов. Строение жидких кри сталлов. В за висимости от внутреннего строения жидкие кристаллы разделяют на три кл асса: нематический, смектический, холестерический. Наиболее простая их разновидность – нёматики (от греч. «нема» – нить), обра зуется длинными сигарообразными или нитевид ными молекулами. В жидкокр исталлическом состоянии «сигары» взаимно параллельны, но беспорядочно сдвинуты вдоль своих осей. В смектических жидких кристаллах (от греч. «смегма» – мыло) степень упорядочен ности выше. Молекулы смектика сгруп пированы в слои. Общим для всех смект иков является слабое взаимодействие молекул между слоями. Слои легко ск ользят друг относительно друга, поэтому смектики на ощупь скольз кие, мы лоподобные. Наиболее сложно устроены холестерики. Молекулы холестери-ка отличаются от молекул нематика тем, что имеют на своем конце отросток из одного или, нес кольких атомов, выступающих, торчащих сбоку. Наличие этих выступающих ча стей приводит к тому, что «укладка» молекул по длине сопровождается закр у чиванием структуры вокруг оси, перпендикулярной длинным осям молекул . Поворот осей молекул в соседних слоях невелик, пол ный поворот молекулы совершают примерно через 300 слоев. На шаг спирали влияют давление, воздейс твие электрических и магнитных полей. Одновременное сочет ание свойства кристаллов – анизотро пии – и свойства жидкости – теку чести – объясняется тем,, что вытянутые или плоские, как дощечки, молекул ы, как и в «настоя щих» кристаллах, расположены упорядочение. Но в отличие от кристаллов, где «дальний порядок» расположения атомов или молекул им еется во всех трех направлениях, в жидких кристаллах он существует лишь в одном направлении. Молекулы жидкого кристалла совершают тепловое дви жение весьма своеобразно. Их центры масс движутся хаотично, но оси молек ул при этом переме щаются параллельно самим себе и осям других соседних, молекул, сохраняя взаимную ориентацию. Зависимость свойств вещества от направления ориентации молекул вызывает макроскопическую анизотропи ю в большой области. Жидкокристаллическое состояние существует в опр еделенном для каждого вещества и нтервале температур. У одних веществ этот интервал невелик (
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Дорогая, вы так часто заходите на мою страницу, что я не могу понять: вы любовница моего мужа или жена моего любовника?
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по физике "Получение и применение кристаллов", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru