Світ кристалів

Запровадження. Стр.

1. Світ кристаллов.

1. Кристали криги й снега.

2. Кристали в облаках.

2. Ознаки життя кристалла.

1. Нульові колебания.

3. Фізичні властивості кристаллов.

1. Що таке изотропия і анизотропия?

4. Заселення кристала дефектами.

5. Рідкі кристали і ультразвук.

6.

Заключение

.

7. Бібліографічний список.

8. Бібліографічний список.

Бемеловский В.Д. «Ці дивовижні рідкі кристаллы».

Волькенштейн Ф.Ф. «Атоми, блукаючі по кристаллу».

Гегузан Я.Е. «Живий кристалл».

Пикин С.А. «Рідкі кристаллы».

3. Фізичні властивості кристаллов.

Для кристала даного класу можна вказати симетрію його властивостей. Так кубічні кристали изотропны щодо проходження світла, електро і теплопровідності, теплового розширення, але де вони анізотропні щодо пружних, электрооптических властивостей. Найбільш анізотропні кристали низьких сингоний.

Усі властивості кристалів пов’язані між собою — і обумовлені атомно — кристалічною структурою, силами зв’язок між атомами і енергетичним спектром електронів. Деякі властивості, наприклад: електричні, магнітні і оптичні істотно залежить від розподілу електронів за рівнями енергії. Багато властивості кристалів вирішальним чином залежні тільки від симетрії, а й кількості дефектів (міцність, пластичність, забарвлення і інші свойства).

3.1. Що таке изотропия і анизотропия?

Изотропия (від грецького isos — рівний, однаковий і tropos — поворот, напрям) незалежність властивостей середовища від направления.

Анізотропія (від грецького anisos — нерівний і tropos — напрям) залежність властивостей речовини від направления.

Люди, посвящающие своє життя кристалу, часто сприймають його живим. Принаймні, вони говорять про ньому як і справу живому существе.

Металознавці говорять про втоми металевого кристала, про його старінні, здібності відпочивати, видавати звуки.

Геологи говорять про пам’яті мінералу, про її спроможність розумно пристосовуватися до зовнішніх условиям.

Вчені не помиляються щодо вміння кристала виразно розповідати свою біографію чи виявляти емоції, але атмосфера особистого відносини з дикою природою саме й надає пошуку необхідну них романтичну окраску.

Рідким кристалам не пощастило. Хоч і відкриття збіглося з моментом, коли закладався фундамент будинку сучасної фізики, але зараз, піднімаючи цей будинок за кут, намагаються поставити рідкі кристали на своє законне місце. Там їх місце саме у фундаменті! За історію, з давнину донині, людині не вдавалося вийти межі трьох понять, що описують, начебто, їхні капітали матерії: газ, рідке і твердий тело.

Заслуга великого німецького ученого в тому, що він побачив головний принцип розвитку: у єдності і боротьбі протилежних почав. Через століття людина з великими труднощами визнав, що електрон — це частка і хвиля одночасно, що маса кафе і енергія єдині, що властивості кристала і рідини можуть сполучитися щодо одного речовині - рідкому кристалле.

Разом з її появою електронних приладів з жидко кристалічним табло і циферблатными (годинник, калькулятори, електронними словниками тощо.), настав реносанс у фізиці й хімії рідких кристалів. Активно досліджується їх будова, переважають у всіх аспектах вивчається тягучість, створюються нові речовини, у яких відкривається безліч незвичайних явищ, викликаних дією зовнішніх сил (електричного поля і т.д.).

Наше глибоке переконання у тому, що і у науці про рідких кристалах, і у технічних аспектах, пов’язані з їх застосуванням, ми стоїмо лише на початку шляху. І камінь, випадково выкатившийся з фундаменту фізики, буде поставлено на своє место.

2. Ознаки життя кристалла.

Життя кристалів багатомірна і повнотою кожен кристал зобов’язаний світитися. Інші ознаки життя, власне кажучи, можуть виявлятися в кристалі через простий і дуже шанобливій: ці ознаки їй немає властиві. Існують, проте, неодмінні ознаки, яких немає бути, у кристалі неспроможна. По-перше, якщо кристали перебувають при деякою кінцевої температурі, складові його атоми чи молекули зобов’язані здійснювати теплові коливання. Краще сказати б: зобов’язані брати участь у комбінованому коливальному русі всього ансамблю атомом, їхнім виокремленням кристал. Інтенсивність цього руху із температурою. Удругих, атоми зобов’язані брати участь ще інших коливання, інтенсивність яких від температури залежною. Утретіх, атоми в кристалі, підпорядковуючись законам термодинаміки, зобов’язані блукати по ґратам, іноді змінюючи тимчасові позиції осёдлости. Простіше кажучи, зобов’язані дифундувати. І, по-четверте, все електрони, що у кристалі, зобов’язані безупинно двигаться.

Люди розгадали ті закони природи, яким підкоряються кристали, виявляючи різні «ознаки жизни».

Ми повинні захоплюватися мудрістю і проникливістю людей, разгадавших ці законы.

2.1. Нульові колебания.

На початку про терміні «нульові коливання». Йдеться тих коливаннях атомів кристалічною грати, що відбувається тоді, коли температура кристала стає рівної нулю. Вони відбуваються і за інший, вищої температурі, разом з звичайними, класичними коливаннями, які за нульової температурі захолонути. Класичні - завмираючі, а нульові чи квантові, залишаються у чистому вигляді. Не чутливі до температурі! Вони незнищенні! Вони — неодмінний ознака життя кристалла.

І, одне із неприємних ознак життя кристала — нульові коливання складових його атомів. Нам які живуть у світі «нормальні умови» і «класичних» проявів законів природи, легко сприйняти факт існування теплових коливань: вища температура коливання активніше, при певній температурі коливання можуть бути настільки активними, що кристал расплавится.

Нульові коливання себе виявляють у багатьох фізичних явищах, головним чином про «квантових кристалах», які мають амплітуда нульових коливань велика.

Це — кристали, котрим характерна мала енергія зв’язку, і існують вони у області низьких температур. Завдяки активним нульовим коливань, ці кристали мають аномальними механічними властивостями. А недавно фізики виявили, що у кристалах ізотопів Гелія поблизу, відбувається так звана «квантова дифузія», коли він коефіцієнт дифузії із зниженням температури. Дивно? Дивно, але факт!

1. Світ кристаллов.

Кристали зустрічаються нам всюди. Ми по кристалам, будуємо з кристалів, обробляємо кристали на заводах, створю прилади й вироби з кристалів; проникаємо у таємниці будівлі кристаллов.

Хто ж кристалл?

Кристалом називається тіло, що має періодичної атомної молекулярної чи іонної структурой.

1.1. Кристали криги й снега.

Кристали замерзала води, тобто лід і сніг, відомі всім. Ці кристали майже покривають неозорі простору Землі, лежать на вершинах крейдяних гір і сповзають з нього льодовиками, плавають айсбергами в океанах. Крижаний покрив річки, масив льодовика чи айсберга — це, звісно, чимало великий кристал. Щільна маса льоду зазвичай поликристаллическая, тобто складається з безлічі окремих кристалів; їх завжди розрізниш, тому що вони дрібні й все зрослися разом. Іноді ці кристали можна розрізнити в тающем льду.

Кожен окремий кристалик льоду, кожна сніжинка, тендітна і мала. Часто кажуть, що сніг падає, як пух. Але це порівняння, можна сказати, занадто «тяжке»: сніжинка набагато легше, ніж пушинка. Десяток тисяч сніжинок становлять вагу однієї копійки. Але, з'єднуючись у величезних кількостях разом, снігові кристали можуть зупинити поїзд, утворивши снігові завалы.

1.2. Кристали в облаках.

Кристалики льоду можуть у кілька хвилин погубити літак. Обледеніння — страшний ворог літаків — теж результат зростання кристаллов.

Тут ми маємо справу зі зростанням кристалів з переохлаждённых парів. У верхніх шарах атмосфери, водяну пару чи краплі води, можуть довго збережуться в переохлаждённом стані. Переохолодження в хмарах сягає - 30 єс.

Але щойно ці переохлаждённые хмари вривається летючий літак, відразу ж починається бурхлива кристалізація. Миттєво літак виявляється обліпленим купою, швидко зростаючих кристалів льда.

4. Заселення кристала дефектами.

Кристали заселён безліччю різних дефектів. Дефекти хіба що оживляють кристал. Наявність дефектів, кристал виявляє «пам'ять» про події, учасником яких він став чи коли було, дефекти допомагають кристалу «пристосовуватися» до оточуючої среде.

Дефекти якісно змінюють властивості кристалів. Навіть у дуже малих кількостях, дефекти сильно впливають тих фізичні властивості, які буде немовля чи майже відсутні в ідеальному кристалі, будучи, зазвичай, «енергетично вигідними», дефекти створюють навколо себе галузі підвищеної фізико-хімічної активности.

1. Решеточные дефекты:

Решеточные дефекти поділяються на вакансії, атоми вживлення і примесные атомы.

Вакансією називається незайнятий часткою вузол кристалічною структури. Якщо порожній вузол утворюється внаслідок видалення частки з обсягу кристала з його поверхню, то вакансія називається — дефектом по Шоттки.

Дефекти по Шоттки знижують щільність речовини в кристалле.

Вони частіше зустрічаються в кристалах з досить щільною упаковкою частинок близьких розмірів. У таких випадках в междоузлиях кристалічною структури немає для зайвих частиц.

Якщо частка переміщається з вузла в междоузлие, то таке порушення правильності ґрати називається дефектом по Френкелю.

Дефекти по Френкелю на величину щільності мало влияют.

Дефекти по Френкелю, навпаки, властиві кристалам з неплотными упаковками і частинками за своїми размерам.

2. Одномірні дефекты:

Одномірні дефекти кристалічною грати називаються дислокациями. Дислокації порушують правильне чергування кристалічних плоскостей.

Багато кристалах, особливо металевих, дислокації порівняно легко переміщаються і размножаются.

3. Двомірні дефекты:

Двомірні дефекти утворюються межами кристала. Кордони порушують періодичність будівлі кристала. Однією з важливих дефектів кристалічною структури, є зовнішня поверхню твердих тіл. По-перше, саме через поверхню кристал взаємодіє зі своїми окружением.

По-друге, частки лежить на поверхні пов’язані з гратами значно слабше, ніж частки, перебувають у объёме.

5. Рідкі кристали і ультразвук.

До цього часу ми розглядали не властивості рідких кристалів, які сьогодні втілено в технічних пристроях. Проте, як і ефективні сьогоднішні застосування холестеринов, нематиков, смектиков, перспективи їх використання ще більше дивні. Розмаїття мезоморфного стану речовини дозволяє припустити, що рідкі кристали завтра ввійдуть в різні ділянки діяльності людини. Сьогодні ми коротко розглянемо, як взаємодіють між собою ультразвук і рідкі кристаллы.

Потрапляє на рідкий кристал звукова хвиля, призводить до зміни напрями де ректора, що у своє чергу змінює оптичні свойства.

Це означає, що рідкі кристали здатні робити видимі звукові коливання. Ці вагання створюють періодичні сдвиговые деформації шару рідкого тематичного кристала, змінюючи інтенсивність який струменіє паиризованного света.

Рідкий кристал відокремлює ще одну цікаву застосування. Медики і фізики віддавна вишукують можливості спостереження внутрішніх органів людини, не піддаючи його дії рентгенівського излучения.

Ідея заміни рентгенівського випромінювання ультразвуком виникла досить давно. Ідея приваблива, адже ультразвук для організму людини цілком нешкідливий. Проте, все впирав у проблеми з реєстрацією ультразвукового потоку, минулого тіла пацієнта. І тоді рідкі кристали несміливо запропонували допомогу. Рідкі смектические кристали виявилися чутливими до ультразвуку. У цьому як вже зазначали, порушується молекулярна упаковка смектика, і оптична картина цих порушень дозволяє будувати висновки про стані внутрішніх органів человека.

Дослідження, які дають змогу збільшити чутливість смектиков до ультразвуку, лише начинаются.

6.

Заключение

.

Розповідь про живому і умирающем може бути завершено, його можна лише обірвати. Саме ця що й мусить зробити, розказавши про «живому рідкому кристалі» лише кілька з речей, що про нього известно.

Я спробувала розповісти у тому, що таке кристали, які мають властивості, можливі применения.

Рідкі кристали, ще далеко, далеко ще не розпізнані. Немає що теорії, яка змогла учити і пояснювати все макроскопічні властивості. Ще в усіх аналоги твердих кристалічних эфектов в рідких кристалах обнаружены.

Біологи лише намацують підходи до вивчення рідкокристалічного стану біологічних об'єктів. Одне слово «білих плям» на кристалічною копії більше, ніж досліджених. Ці «білі плями» чекають на своїх первооткрывателей.

У розвитку кожної галузі науки, якщо періоди відкриттів, забвений, злету перестав бути винятком наука про кристалах. Навіть якщо період забуття закінчився, то злету кристали, певне, не досягли. Якщо спочатку злету були присутні елементи захоплення, буму, нині що час оглянутися й поразмыслить.