Cristallo singolo

Un cristallo singolo o singolo cristallo materiale è un materiale solido costituito da un singolo cristallo, formato da un singolo seme. Al contrario, un materiale policristallino o policristallino è costituito da una moltitudine di piccoli cristalli di dimensioni e orientamento variabili.

Eccezionalmente si può trovare in natura, per berillo , quarzo , gesso ; la miniera di Naica ( Messico ) contiene singoli cristalli di gesso fino a tredici metri.

Le gemme e alcune altre gemme sono tagliate dalla scissione minerale monocristallina .

Proprietà e applicazioni

Le proprietà della materia cristallina dipendono dai modelli cristallini (atomo, assemblaggi di ioni, ossido, molecole), dalla loro organizzazione (natura del reticolo cristallino ) e dai difetti . Tra questi difetti, la presenza dei bordi dei grani - il confine tra i cristalli all'interno della materia - gioca un ruolo importante. Un singolo cristallo ha quindi proprietà che possono essere notevolmente diverse dai policristalli:

• in generale, un singolo cristallo ha proprietà anisotropiche , mentre un policristallo può essere più o meno isotropo (se l'orientamento dei cristalli è casuale, si ha un effetto di media direzionale);
• i cristalli singoli sono spesso usati per studiare le proprietà della materia, ignorando i bordi dei grani o per vedere l'influenza dell'orientamento dei cristalli; i singoli cristalli sono quindi in questo senso un modello semplificato di materiale policristallino;
• proprietà ottiche  : un singolo cristallo, se le sue facce sono lisce e se è trasparente, darà riflessione speculare e rifrazione perfetta (quindi non diffusa), e in alcuni casi si potranno osservare fenomeni di birifrangenza  ; le proprietà ottiche sono ricercate per l'estetica (caso delle gemme), ma anche per alcune applicazioni tecnologiche ( piastra di ritardo per esempio);
• proprietà chimiche  :
  • diffusione chimica  : i bordi dei grani costituiscono cortocircuiti di diffusione, la diffusione in un policristallo è quindi più veloce che in un cristallo singolo,
  • reattività: la struttura dei bordi dei grani è diversa da quella del nucleo cristallino, i bordi dei grani sono generalmente più reattivi, ad esempio in caso di corrosione ( corrosione intergranulare ):
• meccanico  :
  • alcune modalità di scorrimento coinvolgono i bordi dei grani; i cristalli singoli generalmente resistono meglio alle alte temperature; per esempio, alcune pale di turbina di motori aeronautici sono cristalli singoli;
  • la deformazione plastica è effettuata da densi piani cristallografici di scorrimento secondo dense direzioni, definendo sistemi di scorrimento; la capacità di deformarsi plasticamente dipende quindi dall'orientamento del singolo cristallo rispetto allo stress; inoltre i bordi dei grani ostacolano lo spostamento delle dislocazioni , e quindi i policristalli hanno spesso un limite elastico più elevato dei singoli cristalli a seconda dell'orientamento di questi ultimi ( legge di Hall-Petch );
• elettronica  : la microelettronica utilizza proprietà dei semiconduttori come la creazione di coppie libere elettrone - lacuna elettronica , la diffusione di questi difetti e la loro ricombinazione; questi fenomeni sono significativamente influenzati dai bordi dei grani, quindi ci concentriamo sull'avere componenti monocristallini.

Riferimenti

1. Vocabolario di chimica e materiali, termini, espressioni e definizioni pubblicate nella Gazzetta ufficiale, FranceTerme, 2018
2. Rapporto Arte sui cristalli giganti della miniera di Naica [1]

Vedi anche

• Cristallo
• Policristallo
• Silicio monocristallino