Cristal individual
Un solo cristal o monocristal es un macroscópica cristal cuya construcción de bloques ( átomos , iones o moléculas ) forman un continuo, uniforme, homogéneo red cristalina . Esto distingue a los monocristales de los agregados policristalinos , los cristales maclados o las sustancias amorfas ( vidrios ).
Clasificación química
De manera análoga a la clasificación de todas las sustancias químicas , los monocristales se pueden dividir en dos grupos fundamentales según su estructura química:
- Elementos químicos : Los monocristales de los elementos semiconductores silicio y (hoy en día más raro) germanio , principalmente en forma de obleas , se utilizan en grandes cantidades para dispositivos electrónicos. Los monocristales grandes se producen sembrando material de partida fundido con un pequeño monocristal ( cristal semilla ) en el proceso de Czochralski (extracción del crisol). Otra posibilidad es el proceso de fusión por zonas .
- El diamante de modificación de carbono se usa a menudo como un solo cristal, no solo en forma de diamantes como joyería, sino también cuando se usa como herramienta de corte, por ejemplo, en algunos cortadores de vidrio .
- Compuestos químicos : Técnicamente se utilizan varios monocristales de compuestos más o menos complejos, por ejemplo, arseniuro de galio en electrónica o tecnología de alta frecuencia, niobato de litio en óptica no lineal o zafiro como ventana de alta estabilidad.
Solicitud de análisis
El análisis de la estructura cristalina para dilucidar las estructuras cristalinas o moleculares es ahora un método estándar en química y bioquímica. Sin embargo, la cristalización es un requisito previo para esto, que puede ser muy difícil, especialmente con moléculas biológicas. Idealmente, la investigación se lleva a cabo en un solo cristal. A veces esto es imposible porque no hay suficientes monocristales de una sustancia disponibles. Hoy en día es posible evaluar el patrón de difracción de polvos de cristal en el marco de un análisis de estructura cristalina, pero la información se pierde debido a la superposición de máximos de difracción, por lo que los resultados son de menor calidad. Pero incluso los monocristales que se han cultivado de manera compleja todavía tienen defectos de celosía .
Para determinar la estructura de compuestos químicos mediante rayos X (que también se pueden generar mediante un sincrotrón ) o haces de neutrones , se requieren cristales simples para determinar, entre otras cosas, las longitudes exactas de enlace y la disposición de los átomos en un molécula. Los cristales utilizados para esto son en su mayoría más pequeños que un milímetro. Incluso con macromoléculas , compuestos macrocíclicos y productos naturales , incluidas proteínas , ADN y ARN , el análisis de la estructura monocristalina se puede utilizar para determinar las estructuras tridimensionales hasta la resolución atómica, si se pueden obtener monocristales.
Aplicación mecánico-técnica
Los monocristales se utilizan en tecnología debido a sus propiedades reproducibles. Dado que casi no tienen bordes de grano u otros defectos estructurales, la resistencia mecánica del material aumenta, por ejemplo. Entonces z. B. álabes de turbina de superaleación monocristalina a base de níquel . Estos monocristales tienen una alineación uniforme de la estructura reticular, pero definitivamente pueden tener varias fases .
Superficies monocristalinas y cristales bidimensionales
Las superficies de los monocristales inorgánicos también son monocristalinos. Pueden entenderse como monocristales bidimensionales si solo se mira la capa superior y son objeto de investigación en el campo de la química y la física de superficies . Las superficies monocristalinas con un índice bajo son p. Ej. B. Si (111), Ag (100) o Au (110). En estas superficies, los átomos están dispuestos en terrazas planas, que están interrumpidas por pasos principalmente monoatómicos. Los adsorbatos muestran un comportamiento diferente en estas etapas que en áreas atómicamente lisas. Si se aplica una sola capa de moléculas orgánicas sobre superficies monocristalinas, se suelen obtener monocapas autoorganizadas con baja cobertura . Estas capas orgánicas, que tienen solo una capa molecular de altura, pueden denominarse monocristales bidimensionales, análogos a las superficies monocristalinas inorgánicas. Al igual que con los monocristales formados por átomos, las moléculas también están muy ordenadas aquí. El grafeno , una capa independiente de átomos de carbono , carece del orden cristalino de largo alcance como se esperaba sin una superficie plana y forma una estructura de defecto ondulado.
literatura
- Burkhard Altekrüger, Martin Gier: Crecimiento de monocristales de silicio con un diámetro de 300 mm. En: Vacío en la investigación y la práctica. 11, No. 1, ISSN 0947-076X , 1999, págs. 31-36, doi : 10.1002 / vipr.19990110110 .
Evidencia individual
- ↑ Jacqueline Wahl, Ken Harris: Nuevas superaleaciones monocristalinas: descripción general y actualización . En: MATEC Web of Conferences . cinta 14 , 2014, ISSN 2261-236X , pág. 17002 , doi : 10.1051 / matecconf / 20141417002 ( matec-conferences.org [consultado el 26 de julio de 2020]).
- ↑ Thomas Waldmann, Christina Nenon, Katrin Tonigold, Harry E. Hoster, Axel Groß, R. Jürgen Behm: El papel de los defectos superficiales en la adsorción de moléculas orgánicas grandes: efectos de configuración del sustrato. En: Física Química Física Química. 14, núm. 30, 2012, pág.10726, doi : 10.1039 / c2cp40800g .