تک‌بلور
تک‌بلور(به انگلیسی: single crystal) به بلورهایی گفته می‌شود که ساختار بلوری کل نمونه پیوسته و تا لبه آن ناشکسته و بدون مرزدانه باشد. نبود عیوب مربوط به مرزدانه‌ها می‌تواند به تک کریستال‌ها خواص منحصر به فردی بدهد، به خصوص خواص مکانیکی، نوری و الکتریکی، که همچنین بسته به نوع ساختار بلورشناختی می‌تواند ناهمسانگرد باشد. این خواص، علاوه بر این که موجب گرانبها شدن برخی جواهرات شده، در وسایل تکنولوژیکی، مخصوصاً در نورشناسی و الکترونیک به کار می‌رود. به دلیل اینکه اثرات آنتروپی به حضور عیوب در ریز ساختار جامدات، مانند ناخالصی، کشش ناهمگن و ناکاملی‌های بلوری مانند نابجایی ها کمک می‌کند، تک بلورهای عالی با اندازه قابل توجه در طبیعت بسیار کمیاب و همچنین ساخت آن‌ها در آزمایشگاه بسیار سخت است. بنابراین آن‌ها را در شرایط کنترل شده می‌توان ساخت. از طرفی دیگر، تک بلورهای ناقص می‌توانند در طبیعت به اندازه‌های بسیار بزرگ برسند. گونه‌های معدنی زیادی مانند سیلیکات بریلیوم و الومینیوم، سنگ گچ و فلدسپات‌ها با بلورهایی به ادازه چندین متر شناخته شده‌اند. در مقابل تک بلور، ساختار آمورف یا بی‌ریخت قرار دارد که موقعیت اتمی فقط به مرتبه بازه کوتاه محدود می‌شود. در بین این دو محدوده، چندبلور قرار دارد که از تعدادی بلور کوچکتر به نام کریستالیت تشکیل شده‌است.
| بلورش | |
|---|---|
| مفاهیم | |
| بلوری شدن · رشد بلور تبلور مجدد · بذر بلور Protocrystalline · تک‌بلور | |
| روش‌ها و فناوری | |
| Boules فرایند بریجمن-استوکبرگ فرایند چکرالسکی Fractional crystallization Fractional freezing سنتز هیدروترمال رشد پایه گرم شده با لیزر Crystal bar process | |
| اصول | |
| هسته‌زایی · بلور ساختار بلوری · جامد | |
کاربردها
صنعت نیمه هادی ها
سیلیکون تکبلوری در ساخت نیمه هادی‌ها به کار می‌رود. در مقیاس کوانتوم که ریزپردازنده‌ها کار می‌کنند، حضور مرزدانه‌ها اثر قابل توجهی بر کارکرد ترانزیستور اثر میدان با تغییر خواص الکتریکی موضعی دارد. به همین خاطر سازندگان ریزپردازنده‌ها سرمایه‌گذاری‌های کلانی را بر روی تأسیسات ساخت تک بلورهای سیلیکون انجام داده‌اند.
نورشناسی
تک بلورهای یاقوت کبود و سایر مواد در لیزرها (تولید نور به روش گسیل القایی) و اپتیک غیرخطی به کار می‌رود. همچنین تک بلورهای فلئوریت گاهی اوقات در عدسی‌های شیئی تلسکوپ چشمی به کار می‌رود.
علم مواد
یکی دیگر از کاربردهای تک بلورهای جامد در علم مواد ساختن مواد مستحکمی است که در دماهای بالا خزش کمی دارند، مانند پره‌های توربین. در اینجا، نبود مرزدانه‌ها در عملاً استحکام تسلیم را کاهش می‌دهد ولی مهم‌تر از آن باعث کاهش مقدار خزش می‌شود که برای ابزارهای یا ابعاد دقیق و دمای بالا بحرانی است.
هادی‌های الکتریکی
مس تک بلوری هدایت الکتریکی بهتری نسبت به مس چندبلوری دارد. از سال ۲۰۰۹ هیچ تک بلور مسی به صورت صنعتی ساخته نشده‌است، ولی روش‌های ساخت تک بلور بسیار بزرگ برای هادی‌های مس در وسایل الکتریکی با دقت بالا گسترش یافته‌است. از این بلورها می‌توان به فرا-نک بلورها یاد کرد که تنها چند بلور در هر متر طول آن‌ها وجود دارد.
در تحقیق
تک بلورها در تحقیقات از جمله در فیزیک ماده چگال و دانش مواد به کار می‌روند. مطالعات دقیق تر ساختارهای بلوری به وسیله تکنیک‌هایی از جمله پراکندگی اتم هلیم و پراش براگ با تک بلورها بسیار ساده‌تر است. فقط در تک بلورها مطالعه بستگی خاصیتهای گوناگون به جهت قابل مطالعه است.در بحث ابر رساناها بعضی از مواد وجود دارند که ابر رسانایی فقط در گونه تک بلوری دیده می‌شود. گاهی اوقات این مواد را فقط به همین خاطر رشد می‌دهند، حتی زمانی که در سایر موارد فقط به حالت چند بلوری به کار می‌روند.
ساخت
در مورد ساخت تک بلورهای سیلیکون و فلز، روش های استفاده شده برای کریستالیزاسیون بسیار کنترل شده و فرآیند نسبتا آهسته می باشد.
از روش‌های مخصوص جهت ساخت تک بلورهای بزرگ می‌توان به فرآیند چکرالسکی و تکنیک بریجمن اشاره کرد. روش‌های دیگر کریستالیزاسیون ممکن است با توجه به خواص فیزیکی ماده به کار رود. از جمله این روش‌ها می‌توان به روش سنتز هیدروترمال، تصعید و تبلور مجدد اشاره کرد.
فنآوری دیگری که برای ساخت مواد تک بلوری بکار می‌رود، رونشست یا اپیتکسی نام دارد. از سال ۲۰۰۹، این فرآیند جهت ته‌نشین کردن لایه‌های بسیار نازک (در مقیاس میکرو تا نانو) از مواد یکسان یا متفاوت بر سطح تک بلور موجود استفاده می‌شود. کاربردهای این روش در صنایع نیمه هادی با استفاده احتمالی در زمینه نانوفنآوری و تجزیه است.
جستارهای وابسته
- ساختار بلوری
- بلوری شدن
- تبلور مجدد
- بذر بلور
- ویفر (الکترونیک)
منابع
- ↑ Spittle, Peter. "Gas turbine technology" رولز-رویس پی‌ال‌سی, 2003. Retrieved: 21 July 2012.
- ↑ Crown jewels - These crystals are the gems of turbine efficiency بایگانی‌شده در ۲۵ مارس ۲۰۱۰ توسط Wayback Machine Article on single crystal turbine blades memagazine.com
- ↑ Cho, Yong Chan (March 22, 2010). "Copper Better than Silver: Electrical Resistivity of the Grain-Free Single-Crystal Copper Wire". Crystal Growth & Design. 10: 2780–2784. doi:10.1021/cg1003808. Retrieved 1 June 2011.
- "Small Molecule Crystallization" (PDF) در وب‌گاه موسسه فناوری ایلینوی