Где применяются искусственные кристаллы

Время на прочтение статьи = 17 минут

Промышленность в настоящее время развита во всех сферах, сейчас производят буквально все, что можно. Кристаллы не стали исключением и их выращивание сейчас поставлено на поток, а для кого-то может служить хорошим примером бизнеса и инвестиций. Применение искусственных кристаллов востребовано во всех отраслях, особенно в физике, электронике и приборостроении. Давайте подробно поговорим о применении искусственных кристаллов.

Искусственные кристаллы

Искусственные кристаллы
Химический состав и структура синтетических кристаллов полностью идентичны природным аналогам

Химический состав и структура синтетических кристаллов полностью идентичны природным аналогам. Иное дело — имитационные камни, при изготовлении которых придерживаются сходства с конкретными драгоценными камнями. Для производства искусственных кристаллов используются различные методы. Можно получить искусственные гранат, шпинель, изумруд, сапфир и алмаз. Многие из искусственных кристаллов используются в ювелирной промышленности. Алмазы применяются также как абразивный материал, в то время как рубины и гранаты находят применение в качестве лазерных кристаллов.

Первым в ювелирном деле научились использовать искусственный изумруд. Процесс изготовления искусственного изумруда был запатентован и сохранялся в секрете, но, по-видимому, представлял собой один из методов выращивания кристаллов из расплава смеси алюмосиликатов и бериллия с добавками хрома как цветообразующего компонента. Изумруд кристаллизуется из расплава, и получение одного кристалла с помощью этого метода может растянуться на год.

Метод Вернейля (Verneuil) или метод плавления в пламени используется для получения сапфира и рубина. При этом потребляется большое количество водорода и кислорода и расходуется большое количество энергии. Под действием нагревания в кислородно-водородном пламени на поверхности затравочного кристалла образуется расплав. Для производства сапфира сверху в пламя горелки поступает порошкообразный глинозем . Образующийся в пламени расплав глинозема попадает на затравочный кристалл, который очень медленно смещается из зоны действия пламени и кристаллизуется. На обращенной к пламени стороне кристалла сохраняется расплав поступающего порошкообразного материала. На заключительной стадии получают стержнеобразный кристалл. Конкретная окраска зависит от добавок небольшого количества ионов различных металлов в составе исходного сырья. Рубин образуется при замещении 0,1% ионов алюминия на атомы хрома.

Шпинель — бесцветный искусственный кристалл  получают по методу Вернейля. Наряду с сапфиром шпинель применяется в промышленности для изготовления различной по окраске пайки на шпинели и колец. Окраска шпинели образуется за счет добавления тех же самых ионов, но эффект их добавления может отличаться от аналогичного введения последних в сапфир.

Повышенная твердость алмазов определяет их использование в промышленности. Алмазы применяют на операциях резки, полирования, шлифования и сверления. Наиболее часто алмазы используются для резки и шлифования гранита при изготовлении строительных конструкций, а также для сверления и шлифования не содержащих железа сплавов. Кроме этого, разработаны методы осаждения алмазов для получения чистых, твердых и стойких к истиранию поверхностей.

Алмазы
Алмазы образуются из элементарного углерода или графита под воздействием давления и нагревания

Алмазы образуются из элементарного углерода или графита под воздействием давления и нагревания. Для получения алмазов в промышленных условиях графит и металлический катализатор попадают под давление при высокой температуре (до ). Размер и качество кристаллов алмаза определяются продолжительностью процесса, величиной давления и температуры, воздействующих по отдельности или вместе. Для получения высокого давления в течение определенного времени используют большие штампы из карбида вольфрама.

Эти штампы размером приблизительно 2 метра в поперечном сечении и толщиной 20 см напоминают большие тороиды. Смесь графита и катализатора помещают в керамическую капсулу, а затем сдавливают конусообразными поршнями сверху и снизу. Через определенное время капсулы с алмазами удаляют из пресса. Затем капсулы разбивают, а алмазосодержащий графит задействуют в операции извлечения алмазов. Применяемые в этих операциях химические вещества отличаются высокой активностью и представляют потенциальную опасность, как источник ожогов и воздействия на органы дыхания. Аналогичным образом можно получать алмазы в виде драгоценных камней, но продолжительность периода воздействия высокого давления, необходимая для получения подобных алмазов, существенно увеличивает их стоимость.

К числу вредных факторов при производстве алмазов относится воздействие чрезвычайно активных кислот и щелочных агентов, используемых в большом количестве; шума и пыли, образующейся на операциях формования и разрушения керамических капсул, а также металлической пыли.

Другой потенциальной опасностью является поломка массивных штампов из карбида вольфрама. Со временем штампы разрушаются и могут быть при отсутствии соответствующего ограждения быть причиной травматизма. Эргономические особенности производства алмазов подлежат классификации. Малый размер получаемых кристаллов предопределяют монотонную и однообразную работу, а также повторяющиеся операции.

Выращивание кристаллов: что нужно знать

Выращивание кристаллов — процесс очень интересный, но бывает достаточно длительным. Полезно знать, какие процессы управляют его ростом; почему разные вещества образуют кристаллы различной формы, а некоторые их вовсе не образуют; что надо сделать, чтобы они получились большими и красивыми.
Если кристаллизация идёт очень медленно, получается один большой кристалл (или монокристалл, например при выращивании искусственных камней), если быстро — то множество мелких (или поликристалл, например металлы).

Выращивание кристаллов в домашних условиях производят разными способами. Например, охлаждая насыщенный раствор. С понижением температуры растворимость веществ уменьшается (в основном, это касается безводной соли), и они, как говорят, выпадают в осадок.

Сначала в растворе и на стенках сосуда появляются крошечные кристаллы-зародыши. Когда охлаждение медленное, а в растворе нет твёрдых примесей (скажем, пыли), зародышей образуется немного, и постепенно они превращаются в красивые кристаллики правильной формы. При быстром охлаждении возникает много мелких кристалликов, почти никакой из них не имеет правильную форму, ведь их растёт множество и они мешают друг другу.

Выращивание кристаллов можно осуществить и другим способом — постепенным удалением воды из насыщенного раствора. И в этом случае чем медленнее удаляется вода, тем лучше получается результат. Оставьте открытым сосуд с раствором при комнатной температуре на длительный срок, накрыв его листом бумаги, — вода при этом будет испаряться медленно, и пыль в раствор попадать не будет.

Выращивание кристаллов
Выращивание кристаллов можно осуществить и другим способом — постепенным удалением воды из насыщенного раствора

Растущий кристаллик можно либо подвесить в насыщенном растворе на тонкой прочной нитке, либо положить на дно сосуда. В последнем случае кристаллик периодически надо поворачивать на другой бок. По мере испарения воды в сосуд следует подливать свежий раствор. Даже если наш исходный кристаллик имел неправильную форму, он рано или поздно сам выправит все свои дефекты и примет форму, свойственную данному веществу, например превратится в октаэдр, если используете соль хромокалиевых квасцов, ромб — если используете медный купорос.

Выращивание кристаллов — процесс занимательный, но требующий бережного и осторожного отношения к своей работе. Теоретически размер кристалла, который можно вырастить в домашних условиях таким способом, неограничен. Известны случаи, когда энтузиасты получали кристаллы такой величины, что поднять их могли только с помощью товарищей.

Но, есть некоторые особенности их хранения (конечно каждая соль и вещество имеют свои особенности). Например, если кристаллик квасцов оставить открытым в сухом воздухе, он, постепенно теряя содержащуюся в нём воду, превратится в невзрачный серый порошок. Чтобы предохранить его от разрушения, можно покрыть бесцветным лаком. Медный купорос и поваренная соль — более стойки и Вы смело можете с ними работать.

Как вырастить кристалл

Вырастить кристалл можно из разных веществ: например из сахара, даже каменные — искусственное выращивание камней, с соблюдением строгих правил по температуре, давлению, влажности и других факторов (искусственные рубины, аметисты, кварц, цитрины, морионы).
В домашних условиях, конечно, всего этого у нас не получится, поэтому поступим другим образом. Будем выращивать кристаллы соли. У всех у нас есть дома обычная пищевая соль (как наверное, знаете, что её химическое название хлорид натрия NaCl).

Подойдёт и любая другая соль (соль — с химической точки зрения), например, можно получить красивые синие кристаллы из медного купороса или или любого другого купороса (например железного).

Можно использовать квасцы (двойные соли металлов серной кислоты), тиосульфата натрия (раньше использовался для изготовления фотографий). Для всех этих солей (да и вообще для соли) не требуется особых каких-то условий: сделали раствор, опустили туда «зародыш» (всё это подробно описано ниже) и растёт он себе, каждый день прибавляя в росте.

Да, не следует раскрашивать раствор, где растёт Ваш кристалл, например красками или чем нибудь подобным, — это лишь испортить сам раствор, а кристалл всё же не покрасит! Лучший способ получить цветные кристаллы — это подобрать нужную по цвету соль! Но будьте внимательными: например кристаллы жёлтой кровной соли имеют красно-оранжевый цвет — а раствор получается жёлтым.
Вот теперь можем приступить!

Применение кристаллов

Самое большое достоинство кристаллов — это использование их в исцелении. С давних пор кристаллы известны благодаря своим целебным качествам: их использовали в приготовлении настоек. Защитные свойства кристаллов использовались в талисманах и амулетах. Использовалась и способность кристаллов кварца увеличивать энергетическое поле организма человека, так как вибрации кристаллов кварца созвучны вибрациям человеческого организма. Это эффект «поддержки», или положительного влияния.

Энергетическое поле кристалла кварца и его способность к колебаниям на определенных частотах известны как пьезоэлектричество. Открытие этого явления внесло неоценимый вклад в систему связи. Компьютеры, гидролокаторы, часы, медицинское электронное оборудование, телевизоры, радиостанции — все они используют эту удивительную направленную природную энергию, чтобы выбрать и изолировать определенную вибрацию для последующего ее использования без каких-либо помех. «Пьезо» означает электричество, генерированное давлением, и кристалл кварца является самым экономичным источником этой энергии.

Чтобы еще больше снизить расходы на потребление электричества, кристаллы выращивают в лабораториях искусственным путем. Выяснилось, что кристаллы, выращенные в лабораториях, во всех отношениях превосходят природные кристаллы, за исключением очень редких, совершенных образцов естественных кристаллов.
Частота вибраций зависит от формы и размера кристалла, специально обработанного для использования в электронных приборах. Это интересное явление было открыто мадам Кюри и ее братьями в 1880 году в Париже.

Метафизики полагают, что кристаллы реагируют по-разному потому, что они получают свою энергию не от генератора или батареек, а от организма человека. Одна из причин, по которой кристаллы, используемые для исцеления, изготавливаются гладких и округлых форм, заключается в том, что эти гладкие и округлые поверхности действуют как рефлекторные усилители для тела и сознания.

искусственные кристаллы применениеКристаллы не содержат в себе электрического заряда как такового (подобно батарейке), но у них есть память. Когда их берут в руку и «настраивают» путем непосредственного контакта с организмом человека, они ведут себя так, как если бы они были заряжены. Это и есть их способность усиливать энергию, полученную от клеток тела человека, которые несут в себе электрический заряд. Благодаря такому свойству эти минералы ускоряют процесс исцеления и делают его более интенсивным. Кристаллы кварца также углубляют процесс медитации и позволяют медитирующему легче войти в состояние альфа.

Кристаллы — превосходные проводники энергии. При сжатии они способны, поглощая один вид энергии, излучать другой. Однако кристаллы кварца являются самыми плохими проводниками тепла и холода. При резкой смене температур кристалл дает трещины. По мнению метафизиков, кристаллы кварца поглощают как притяжение земной коры, так и солнечную радиацию и излучают эту энергию. Фотография Кир-лиана запечатлела выделение энергии в виде ауры белого света, исходящего из синего звездоподобного центра. Энергия, которую излучают прозрачный кварц и другие кристаллы, резонирует с аурой человека, выравнивая ее.

Этот резонанс происходит очень быстро, буквально с первых минут нахождения в руке кристалла или драгоценного камня. Энергия, исходящая от кристалла, проходит через все тела и проникает в них. Она проникает даже в структуру клеток человека. Передача энергии кристаллом имеет магнитную полярность, такую же как природная полярность ауры.

Это свойство используется в исцелении ауры способом наложения рук. Свойство соответствия энергии ауры и резонирования с ней делает кристалл мощным орудием для исцеления. Прозрачный кварц заключает в себе сильнейший человеческий резонанс и способность передавать любой цвет, фокусировать выбранную часть спектра радуги и использовать ее для передачи, наполнения, копирования и насыщения цвета и полярности ауры.

Когда вы начнете работать с кристаллами, с вами начнут происходить интересные вещи. Вы почувствуете, что у вас значительно больше энергии или сил, чем обычно. Эта сила называется «ваше высшее Я» и указывает на то, чего вы способны достичь. Это «ваше совершенное Я». Кристаллы кварца, желая помочь вам, помогут вам настроиться на ваши лучшие качества.

Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах. На полупроводниковых заводах тончайшие схемы рисуют рубиновыми иглами. В текстильной и химической промышленности рубиновые нитеводители вытягивают нити из искусственных волокон, из капрона, из нейлона. Новая жизнь рубина — это лазер или, как его называют в науке, оптический квантовый генератор (ОКГ), чудесный прибор наших дней. В 1960г. был создан первый лазер на рубине. Оказалось, что кристалл рубина усиливает свет. Лазер светит ярче тысячи солнц.

искусственных рубинах
Вся часовая промышленность работает на искусственных рубинах

Мощный луч лазера громадный мощностью. Он легко прожигает листовой металл, сваривает металлические провода, прожигает металлические трубы, сверлит тончайшие отверстия в твердых сплавах, алмазе. Эти функции выполняет твердый лазер, где используется рубин, гранат с неодитом. В глазной хирургии применяется чаще всего неодиновые лазеры и лазеры на рубине. В наземных системах ближнего радиуса действия часто используются инжекционные лазеры на арсениде галлия.

Сапфир прозрачен, поэтому из него делают пластины для оптических приборов.

Основная масса кристаллов сапфира идет в полупроводниковую промышленность.

Кремень, аметист, яшма, опал, халцедон — все это разновидности кварца. Мелкие зернышки кварца образуют песок. А самая красивая, самая чудесная разновидность кварца — это и есть горный хрусталь, т.е. прозрачные кристаллы кварца. Поэтому из прозрачного кварца делают линзы, призмы и др. детали оптических приборов.

В технике также нашел своё применение поликристаллический материал поляроид. Поляроид — это тонкая прозрачная пленка, сплошь заполненная крохотными прозрачными игольчатыми кристалликами вещества, двупреломляющего и поляризующего свет. Все кристаллики расположены параллельно друг другу, поэтому все они одинаково поляризуют свет, проходящий через пленку. Поляроидные пленки применяются в поляроидных очках. Поляроиды гасят блики отраженного света, пропуская весь остальной свет. Они незаменимы для полярников, которым постоянно приходится смотреть на ослепительное отражение солнечных лучей от заледеневшего снежного поля.

Поляроидные стекла помогут предотвратить столкновения встречных автомобилей, которые очень часто случаются из-за того, что огни встречной машины ослепляют шофера, и он не видит этой машины.

Если же ветровые стекла автомобилей и стекла автомобильных фонарей сделать из поляроида, причем повернуть оба поляроида так, чтобы их оптические оси были смещены, то ветровое стекло не пропустит света фонарей встречного автомобиля, «погасит его». Кристаллы сыграли важную роль во многих технических новинках 20 в. Некоторые кристаллы генерируют электрический заряд при деформации.

Первым их значительным применением было изготовление генераторов радиочастоты со стабилизацией кварцевыми кристаллами. Заставив кварцевую пластинку вибрировать в электрическом поле радиочастотного колебательного контура, можно тем самым стабилизировать частоту приема или передачи. Полупроводниковые приборы, революционизировавшие электронику, изготавливаются из кристаллических веществ, главным образом кремния и германия.

поликристаллический материал поляроид
В технике также нашел своё применение поликристаллический материал поляроид. Поляроид — это тонкая прозрачная пленка, сплошь заполненная крохотными прозрачными игольчатыми кристалликами вещества, двупреломляющего и поляризующего свет

При этом важную роль играют легирующие примеси, которые вводятся в кристаллическую решетку. Полупроводниковые диоды используются в компьютерах и системах связи, транзисторы заменили электронные лампы в радиотехнике, а солнечные батареи, помещаемые на наружной поверхности космических летательных аппаратов, преобразуют солнечную энергию в электрическую. Полупроводники широко применяются также в преобразователях переменного тока в постоянный

Одно из важных направлений использования жидких кристаллов — термография. Подбирая состав жидкокристаллического вещества, создают индикаторы для разных диапазонов температуры и для различных конструкций. Например, жидкие кристаллы в виде плёнки наносят на транзисторы, интегральные схемы и печатные платы электронных схем. Неисправные элементы — сильно нагретые или холодные, неработающие — сразу заметны по ярким цветовым пятнам. Новые возможности получили врачи: жидкокристаллический индикатор на коже больного быстро диагностирует скрытое воспаление и даже опухоль.

С помощью жидких кристаллов обнаруживают пары́ вредных химических соединений и опасные для здоровья человека гамма- и ультрафиолетовое излучения. На основе жидких кристаллов созданы измерители давления, детекторы ультразвука. Но самая многообещающая область применения жидкокристаллических веществ — информационная техника. От первых индикаторов, знакомых всем по электронным часам, до цветных телевизоров с жидкокристаллическим экраном размером с почтовую открытку прошло лишь несколько лет. Такие телевизоры дают изображение весьма высокого качества, потребляя меньшее количество энергии.

Охлаждать электронику предложили искусственными кристаллами

Исследователи надеются создать техпроцесс, подходящий для широкого применения разработки.

Полупроводниковые приборы выделяют тепло в процессе работы, что становится проблемой на пути повышения производительности микросхем. Исследователи из университета штата Иллинойс в Урбана-Шампейне и Техасского университета в Далласе нашли новый способ улучшить отвод тепла.

Результатом их исследования стало практическое подтверждение существования материалов сверхвысокой теплопроводности, теоретически предсказанного ранее.

Рассеивание тепла кристаллом кремния неэффективно. Теплопроводность алмаза примерно в 15 раз больше, но его широкое использование затруднено, поскольку стоимость природных алмазов высока, а искусственные алмазы содержат структурные дефекты, снижающие теплопроводность.

Участники проекта сделали ставку на кристаллы арсенида бора — материал, не встречающийся в природе. Используя вакуумное осаждение, ученые пытались сформировать структуру с низкой плотностью дефектов и высокой теплопроводностью. Экспериментируя с параметрами процесса и материалами, исследователи смогли получить материал, теплопроводность которого в три раза выше, чем у лучших материалов, используемых сейчас в теплораспределителях.

Результатом следующего этапа исследований должен стать техпроцесс, подходящий для широкого применения разработки.

Источники:

  • http://base.safework.ru/iloenc
  • http://www.kristallikov.net/page6.html
  • https://www.ixbt.com/news/2018/07/07/ohlazhdat-jelektroniku-predlozhili-iskusstvennymi-kristallami.html
  • https://www.liveinternet.ru/users/olelu/post343626391
  • https://refdb.ru/look/2130872-pall.html

Добавить в закладки
Голосовать ПРОТИВГолосовать ЗА 0
Загрузка...
Добавить комментарий