Використання кристалів у техніці

Що таке кристали?

З давніх часів людство використовує кристали. Спочатку це були природні кристали, які застосовувались як знаряддя праці, засоби лікування та медитації. Пізніше рідкісні камені та дорогоцінні метали стали відігравати роль грошей.

Фундаментальні наукові дослідження XX століття дозволили розробити методи отримання штучних кристалів та суттєво розширити області їх використання. Монокристал – це окремий однорідний кристал, що має безперервну кристалічну ґратку та часто анізотропію властивостей. Його форма залежить від атомно-кристалічної будови та умов кристалізації. Сучасні технології дозволяють створювати високоякісні кристали для різних технічних застосувань.

При повільному вирощуванні монокристали набувають добре сформованої природної огранки (наприклад, кварц, кам’яна сіль, алмаз). Якщо швидкість вирощування висока, утворюються полікристали – агрегати з великої кількості по-різному орієнтованих монокристалів. Використання кристалів у промисловості та техніці є надзвичайно широким.

Основні види кристалів у техніці

Монокристали високочистих речовин мають однакові властивості незалежно від методу отримання. Сучасна наука налічує близько 150 методів отримання монокристалів з парової, рідкої та твердої фази. Найпоширенішими методами вирощування монокристалів з рідкої фази є:

• Метод Бриджмена-Стокбаргера;
• Метод Чохральського;
• Метод зонної плавки (метод Пфанна).

На кафедрі високотемпературних матеріалів та порошкової металургії застосовують метод зонної плавки для вирощування монокристалів гексаборида лантану та евтектичних сплавів на його основі. Ці монокристали використовуються у емісійній техніці, що є однією з важливих галузей застосування кристалів.

Застосування кристалів у різних галузях

Сучасне промислове виробництво широко застосовує монокристали діелектриків та напівпровідників. Наприклад, монокристали кремнію та інтерметалідів є основою твердотільної електроніки, зокрема реле, перемикачів, п’єзоелектричних приладів та накопичувачів інформації. Використання кристалів у техніці дозволяє покращити продуктивність та надійність електронних пристроїв.

Використання монокристалів у техніці постійно зростає. Вони знаходять застосування в електронних пристроях, лазерній техніці, а також у фотонних кристалах, що дозволяють створювати світлові фільтри та низькопорогові лазери. Фотонні кристали є важливою складовою сучасних оптичних технологій.

Монокристали штучних сапфірів, завдяки своїй високій твердості та стійкості до подряпин, використовуються як захисні екрани в електронних пристроях (планшетах, смартфонах тощо). Метод Чохральського дозволяє отримувати великі монокристали сапфіру, що активно застосовуються в промисловості.

Останні дослідження у сфері нанотехнологій спрямовані на вивчення нанокристалів. Їхні розміри варіюються від 1 до 100 нм, що надає матеріалам унікальні властивості. Дослідження та впровадження нанокристалів відкривають нові можливості для сучасної техніки. Використання нанокристалів у техніці дозволяє розширювати межі можливостей сучасних технологій та створювати нові матеріали з унікальними характеристиками.

Уклала доц. Бірюкович Л.О.