ക്രിസ്റ്റൽ ഘടന മനസ്സിലാക്കാം: ഒരു സമഗ്ര ഗൈഡ്

ഒരു ക്രിസ്റ്റലിൻ പദാർത്ഥത്തിലെ ആറ്റങ്ങൾ, അയോണുകൾ, അല്ലെങ്കിൽ തന്മാത്രകൾ എന്നിവയുടെ ക്രമീകൃതമായ വിന്യാസത്തെയാണ് ക്രിസ്റ്റൽ ഘടന എന്ന് പറയുന്നത്. ഈ ക്രമീകരണം യാദൃശ്ചികമല്ല; മറിച്ച്, ഇത് മൂന്ന് മാനങ്ങളിലും വ്യാപിച്ചുകിടക്കുന്ന വളരെ ചിട്ടയായതും ആവർത്തിക്കുന്നതുമായ ഒരു മാതൃകയാണ്. ഒരു പദാർത്ഥത്തിന്റെ ദൃഢത, ചാലകത, പ്രകാശപരമായ സ്വഭാവം, രാസപ്രവർത്തനക്ഷമത തുടങ്ങിയ ഭൗതികവും രാസപരവുമായ ഗുണങ്ങളെ നിർണ്ണയിക്കുന്നത് ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനയായതുകൊണ്ട് മെറ്റീരിയൽ സയൻസ്, രസതന്ത്രം, ഭൗതികശാസ്ത്രം എന്നിവയിൽ ഇത് മനസ്സിലാക്കുന്നത് അടിസ്ഥാനപരമാണ്.

ക്രിസ്റ്റൽ ഘടന പ്രധാനമായിരിക്കുന്നത് എന്തുകൊണ്ട്?

ഒരു ക്രിസ്റ്റലിലെ ആറ്റങ്ങളുടെ ക്രമീകരണം അതിൻ്റെ സ്ഥൂലമായ ഗുണങ്ങളിൽ വലിയ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നു. ഈ ഉദാഹരണങ്ങൾ പരിഗണിക്കുക:

• വജ്രവും ഗ്രാഫൈറ്റും: രണ്ടും കാർബൺ കൊണ്ടുണ്ടാക്കിയതാണെങ്കിലും, അവയുടെ തികച്ചും വ്യത്യസ്തമായ ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനകൾ (വജ്രത്തിന് ടെട്രാഹെഡ്രൽ ശൃംഖല, ഗ്രാഫൈറ്റിന് പാളികളായുള്ള ഷീറ്റുകൾ) കാഠിന്യം, വൈദ്യുതചാലകത, പ്രകാശപരമായ ഗുണങ്ങൾ എന്നിവയിൽ വലിയ വ്യത്യാസങ്ങൾ ഉണ്ടാക്കുന്നു. വജ്രങ്ങൾ കാഠിന്യത്തിനും പ്രകാശിക്കുന്നതിനും പേരുകേട്ടതാണ്, ഇത് അവയെ വിലയേറിയ രത്നങ്ങളും മുറിക്കാനുള്ള ഉപകരണങ്ങളുമാക്കുന്നു. ഗ്രാഫൈറ്റ് ആകട്ടെ, മൃദുവും വൈദ്യുതചാലകവുമാണ്, ഇത് ലൂബ്രിക്കന്റായും പെൻസിലുകളിലും ഉപയോഗപ്രദമാക്കുന്നു.
• സ്റ്റീൽ അലോയ്കൾ: ഇരുമ്പിലേക്ക് മറ്റ് ഘടകങ്ങളുടെ (കാർബൺ, ക്രോമിയം, നിക്കൽ പോലുള്ളവ) ചെറിയ അളവിലുള്ള കൂട്ടിച്ചേർക്കൽ ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനയെയും തന്മൂലം സ്റ്റീലിന്റെ കരുത്ത്, വലിവ്, തുരുമ്പിനെ പ്രതിരോധിക്കാനുള്ള കഴിവ് എന്നിവയെയും കാര്യമായി മാറ്റും. ഉദാഹരണത്തിന്, സ്റ്റെയിൻലെസ് സ്റ്റീലിൽ ക്രോമിയം അടങ്ങിയിട്ടുണ്ട്, ഇത് ഉപരിതലത്തിൽ ഒരു പാസ്സീവ് ഓക്സൈഡ് പാളി രൂപപ്പെടുത്തുകയും തുരുമ്പിൽ നിന്ന് സംരക്ഷണം നൽകുകയും ചെയ്യുന്നു.
• അർദ്ധചാലകങ്ങൾ: സിലിക്കൺ, ജെർമേനിയം പോലുള്ള അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ പ്രത്യേക ക്രിസ്റ്റൽ ഘടന, ഡോപ്പിംഗിലൂടെ അവയുടെ വൈദ്യുത ചാലകത കൃത്യമായി നിയന്ത്രിക്കാൻ സഹായിക്കുന്നു. ഇത് ട്രാൻസിസ്റ്ററുകളും മറ്റ് ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളും നിർമ്മിക്കാൻ സഹായിക്കുന്നു.

അതുകൊണ്ട്, പ്രത്യേക ആവശ്യങ്ങൾക്കായി പദാർത്ഥങ്ങളുടെ ഗുണങ്ങൾ ക്രമീകരിക്കുന്നതിനുള്ള ശക്തമായ ഒരു മാർഗ്ഗമാണ് ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനയിൽ മാറ്റങ്ങൾ വരുത്തുന്നത്.

ക്രിസ്റ്റലോഗ്രാഫിയിലെ അടിസ്ഥാന ആശയങ്ങൾ

ലാറ്റിസും യൂണിറ്റ് സെല്ലും

ഒരു ക്രിസ്റ്റലിലെ ആറ്റങ്ങളുടെ ആവർത്തന സ്വഭാവമുള്ള ക്രമീകരണത്തെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്ന ഒരു ഗണിതശാസ്ത്രപരമായ ആശയമാണ് ലാറ്റിസ്. ഇത് ബഹിരാകാശത്തിലെ അനന്തമായ ബിന്ദുക്കളുടെ ഒരു നിരയാണ്, ഇവിടെ ഓരോ ബിന്ദുവിനും സമാനമായ ചുറ്റുപാടുകളുണ്ട്. യൂണിറ്റ് സെൽ എന്നത് ലാറ്റിസിലെ ഏറ്റവും ചെറിയ ആവർത്തന ഘടകമാണ്, ഇത് മൂന്ന് മാനങ്ങളിലും നീക്കുമ്പോൾ, മുഴുവൻ ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനയും ഉണ്ടാക്കുന്നു. ഇതിനെ ക്രിസ്റ്റലിന്റെ അടിസ്ഥാന നിർമ്മാണ ഘടകമായി കരുതാം.

യൂണിറ്റ് സെല്ലിന്റെ സിമട്രിയെ അടിസ്ഥാനമാക്കി ഏഴ് ക്രിസ്റ്റൽ സിസ്റ്റങ്ങളുണ്ട്: ക്യൂബിക്, ടെട്രാഗോണൽ, ഓർത്തോറോംബിക്, മോണോക്ലിനിക്, ട്രൈക്ലിനിക്, ഹെക്സഗണൽ, റോംബോഹെഡ്രൽ (ട്രൈഗണൽ എന്നും അറിയപ്പെടുന്നു). ഓരോ സിസ്റ്റത്തിനും യൂണിറ്റ് സെൽ അരികുകളും (a, b, c) കോണുകളും (α, β, γ) തമ്മിൽ പ്രത്യേക ബന്ധങ്ങളുണ്ട്.

ബ്രാവൈസ് ലാറ്റിസുകൾ

ഓഗസ്റ്റ് ബ്രാവൈസ് തെളിയിച്ചത്, ബ്രാവൈസ് ലാറ്റിസുകൾ എന്നറിയപ്പെടുന്ന 14 സവിശേഷമായ ത്രിമാന ലാറ്റിസുകൾ മാത്രമേയുള്ളൂ എന്നാണ്. ഈ ലാറ്റിസുകൾ ഏഴ് ക്രിസ്റ്റൽ സിസ്റ്റങ്ങളെ വ്യത്യസ്ത കേന്ദ്രീകരണ സാധ്യതകളുമായി സംയോജിപ്പിക്കുന്നു: പ്രിമിറ്റീവ് (P), ബോഡി-സെന്റേഡ് (I), ഫേസ്-സെന്റേഡ് (F), ബേസ്-സെന്റേഡ് (C). ഓരോ ബ്രാവൈസ് ലാറ്റിസിനും അതിൻ്റെ യൂണിറ്റ് സെല്ലിനുള്ളിൽ ലാറ്റിസ് പോയിൻ്റുകളുടെ സവിശേഷമായ ക്രമീകരണമുണ്ട്.

ഉദാഹരണത്തിന്, ക്യൂബിക് സിസ്റ്റത്തിന് മൂന്ന് ബ്രാവൈസ് ലാറ്റിസുകളുണ്ട്: പ്രിമിറ്റീവ് ക്യൂബിക് (cP), ബോഡി-സെന്റേഡ് ക്യൂബിക് (cI), ഫേസ്-സെന്റേഡ് ക്യൂബിക് (cF). ഓരോന്നിനും യൂണിറ്റ് സെല്ലിൽ ആറ്റങ്ങളുടെ വ്യത്യസ്ത ക്രമീകരണവും തന്മൂലം വ്യത്യസ്ത ഗുണങ്ങളുമുണ്ട്.

ആറ്റോമിക് ബേസിസ്

ഓരോ ലാറ്റിസ് പോയിൻ്റുമായും ബന്ധപ്പെട്ട ആറ്റങ്ങളുടെ കൂട്ടമാണ് ആറ്റോമിക് ബേസിസ് (അല്ലെങ്കിൽ മോട്ടിഫ്). ഓരോ ലാറ്റിസ് പോയിൻ്റിലും ആറ്റോമിക് ബേസിസ് സ്ഥാപിച്ചാണ് ക്രിസ്റ്റൽ ഘടന ലഭിക്കുന്നത്. ഒരു ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനയ്ക്ക് വളരെ ലളിതമായ ലാറ്റിസും സങ്കീർണ്ണമായ ബേസിസും ഉണ്ടാകാം, അല്ലെങ്കിൽ തിരിച്ചും. ഘടനയുടെ സങ്കീർണ്ണത ലാറ്റിസിനെയും ബേസിസിനെയും ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു.

ഉദാഹരണത്തിന്, NaCl (കറിയുപ്പ്) ൽ ലാറ്റിസ് ഫേസ്-സെന്റേഡ് ക്യൂബിക് (cF) ആണ്. ബേസിസിൽ ഒരു Na ആറ്റവും ഒരു Cl ആറ്റവും അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. മൊത്തത്തിലുള്ള ക്രിസ്റ്റൽ ഘടന ഉണ്ടാക്കുന്നതിനായി Na, Cl ആറ്റങ്ങൾ യൂണിറ്റ് സെല്ലിനുള്ളിൽ പ്രത്യേക കോർഡിനേറ്റുകളിൽ സ്ഥാപിച്ചിരിക്കുന്നു.

ക്രിസ്റ്റൽ പ്ലെയിനുകളെ വിവരിക്കുന്നു: മില്ലർ സൂചികകൾ

ക്രിസ്റ്റൽ പ്ലെയിനുകളുടെ ഓറിയന്റേഷൻ വ്യക്തമാക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന മൂന്ന് പൂർണ്ണസംഖ്യകളുടെ (hkl) ഒരു കൂട്ടമാണ് മില്ലർ സൂചികകൾ. അവ ക്രിസ്റ്റലോഗ്രാഫിക് അക്ഷങ്ങളുമായുള്ള (a, b, c) പ്ലെയിനിന്റെ ഇന്റർസെപ്റ്റുകൾക്ക് വിപരീത അനുപാതത്തിലാണ്. മില്ലർ സൂചികകൾ നിർണ്ണയിക്കാൻ:

1. യൂണിറ്റ് സെൽ ഡയമെൻഷനുകളുടെ ഗുണിതങ്ങളായി പ്രകടിപ്പിച്ച a, b, c അക്ഷങ്ങളുമായുള്ള പ്ലെയിനിന്റെ ഇന്റർസെപ്റ്റുകൾ കണ്ടെത്തുക.
2. ഈ ഇന്റർസെപ്റ്റുകളുടെ വ്യുൽക്രമം എടുക്കുക.
3. വ്യുൽക്രമങ്ങളെ ഏറ്റവും ചെറിയ പൂർണ്ണസംഖ്യകളുടെ കൂട്ടത്തിലേക്ക് ചുരുക്കുക.
4. പൂർണ്ണസംഖ്യകളെ ബ്രാക്കറ്റിൽ (hkl) ഉൾപ്പെടുത്തുക.

ഉദാഹരണത്തിന്, a-അക്ഷത്തെ 1-ലും, b-അക്ഷത്തെ 2-ലും, c-അക്ഷത്തെ അനന്തതയിലും മുറിക്കുന്ന ഒരു പ്ലെയിനിന് മില്ലർ സൂചികകൾ (120) ആണ്. b, c അക്ഷങ്ങൾക്ക് സമാന്തരമായ ഒരു പ്ലെയിനിന് (100) എന്ന മില്ലർ സൂചികകൾ ഉണ്ടാകും.

ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ച, രൂപഭേദം, ഉപരിതല ഗുണങ്ങൾ എന്നിവ മനസ്സിലാക്കുന്നതിന് മില്ലർ സൂചികകൾ നിർണ്ണായകമാണ്.

ക്രിസ്റ്റൽ ഘടന നിർണ്ണയിക്കുന്നു: ഡിഫ്രാക്ഷൻ ടെക്നിക്കുകൾ

തരംഗങ്ങൾ (ഉദാഹരണത്തിന്, എക്സ്-റേ, ഇലക്ട്രോണുകൾ, ന്യൂട്രോണുകൾ) ഒരു ക്രിസ്റ്റൽ ലാറ്റിസ് പോലുള്ള ആവർത്തന ഘടനയുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ ഉണ്ടാകുന്ന പ്രതിഭാസമാണ് ഡിഫ്രാക്ഷൻ. ഡിഫ്രാക്റ്റ് ചെയ്യപ്പെട്ട തരംഗങ്ങൾ പരസ്പരം ഇടപെട്ട് ഒരു ഡിഫ്രാക്ഷൻ പാറ്റേൺ ഉണ്ടാക്കുന്നു, അതിൽ ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനയെക്കുറിച്ചുള്ള വിവരങ്ങൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു.

എക്സ്-റേ ഡിഫ്രാക്ഷൻ (XRD)

ക്രിസ്റ്റൽ ഘടന നിർണ്ണയിക്കാൻ ഏറ്റവും വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്ന സാങ്കേതികതയാണ് എക്സ്-റേ ഡിഫ്രാക്ഷൻ (XRD). എക്സ്-റേകൾ ഒരു ക്രിസ്റ്റലുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ, അവ ആറ്റങ്ങളാൽ ചിതറിക്കപ്പെടുന്നു. ചിതറിക്കപ്പെട്ട എക്സ്-റേകൾ പ്രത്യേക ദിശകളിൽ ക്രിയാത്മകമായി ഇടപെട്ട്, പുള്ളികളുടെയോ വളയങ്ങളുടെയോ ഒരു ഡിഫ്രാക്ഷൻ പാറ്റേൺ ഉണ്ടാക്കുന്നു. ഈ പുള്ളികളുടെ കോണുകളും തീവ്രതയും ക്രിസ്റ്റൽ പ്ലെയിനുകൾ തമ്മിലുള്ള അകലവുമായും യൂണിറ്റ് സെല്ലിനുള്ളിലെ ആറ്റങ്ങളുടെ ക്രമീകരണവുമായും ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു.

എക്സ്-റേയുടെ തരംഗദൈർഘ്യവും (λ), പതിക്കുന്ന കോണും (θ), ക്രിസ്റ്റൽ പ്ലെയിനുകൾക്കിടയിലുള്ള അകലവും (d) തമ്മിലുള്ള ബന്ധം ബ്രാഗിന്റെ നിയമം വിവരിക്കുന്നു:

nλ = 2d sinθ

ഇവിടെ n ഡിഫ്രാക്ഷന്റെ ഓർഡറിനെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്ന ഒരു പൂർണ്ണസംഖ്യയാണ്.

ഡിഫ്രാക്ഷൻ പാറ്റേൺ വിശകലനം ചെയ്യുന്നതിലൂടെ, യൂണിറ്റ് സെല്ലിന്റെ വലുപ്പവും ആകൃതിയും, ക്രിസ്റ്റലിന്റെ സിമട്രി, യൂണിറ്റ് സെല്ലിനുള്ളിലെ ആറ്റങ്ങളുടെ സ്ഥാനങ്ങൾ എന്നിവ നിർണ്ണയിക്കാൻ സാധിക്കും.

ഇലക്ട്രോൺ ഡിഫ്രാക്ഷൻ

ഇലക്ട്രോൺ ഡിഫ്രാക്ഷൻ എക്സ്-റേകൾക്ക് പകരം ഒരു ഇലക്ട്രോൺ ബീം ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് എക്സ്-റേകളേക്കാൾ കുറഞ്ഞ തരംഗദൈർഘ്യമുള്ളതിനാൽ, ഇലക്ട്രോൺ ഡിഫ്രാക്ഷൻ ഉപരിതല ഘടനകളോട് കൂടുതൽ സെൻസിറ്റീവ് ആണ്, കൂടാതെ നേർത്ത ഫിലിമുകളും നാനോ മെറ്റീരിയലുകളും പഠിക്കാൻ ഇത് ഉപയോഗിക്കാം. ഇലക്ട്രോൺ ഡിഫ്രാക്ഷൻ പലപ്പോഴും ട്രാൻസ്മിഷൻ ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പുകളിലാണ് (TEM) നടത്തുന്നത്.

ന്യൂട്രോൺ ഡിഫ്രാക്ഷൻ

ന്യൂട്രോൺ ഡിഫ്രാക്ഷൻ ഒരു ന്യൂട്രോൺ ബീം ഉപയോഗിക്കുന്നു. ന്യൂട്രോണുകൾ ആറ്റങ്ങളുടെ ന്യൂക്ലിയസുകളാൽ ചിതറിക്കപ്പെടുന്നു, ഇത് ഹൈഡ്രജൻ പോലുള്ള ലഘുവായ മൂലകങ്ങളെ പഠിക്കാനും സമാനമായ ആറ്റോമിക സംഖ്യകളുള്ള മൂലകങ്ങളെ വേർതിരിച്ചറിയാനും ന്യൂട്രോൺ ഡിഫ്രാക്ഷനെ പ്രത്യേകിച്ചും ഉപയോഗപ്രദമാക്കുന്നു. കാന്തിക ഘടനകളോടും ന്യൂട്രോൺ ഡിഫ്രാക്ഷൻ സെൻസിറ്റീവ് ആണ്.

ക്രിസ്റ്റൽ വൈകല്യങ്ങൾ

യഥാർത്ഥ ക്രിസ്റ്റലുകൾ ഒരിക്കലും തികഞ്ഞവയല്ല; അവയിൽ എല്ലായ്പ്പോഴും ക്രിസ്റ്റൽ വൈകല്യങ്ങൾ അടങ്ങിയിരിക്കും, ഇത് ആറ്റങ്ങളുടെ അനുയോജ്യമായ ആവർത്തന ക്രമീകരണത്തിൽ നിന്നുള്ള വ്യതിയാനങ്ങളാണ്. ഈ വൈകല്യങ്ങൾ പദാർത്ഥങ്ങളുടെ ഗുണങ്ങളെ കാര്യമായി സ്വാധീനിക്കും.

പോയിന്റ് വൈകല്യങ്ങൾ

പോയിന്റ് വൈകല്യങ്ങൾ എന്നത് വ്യക്തിഗത ആറ്റങ്ങളോ ഒഴിവുകളോ ഉൾപ്പെടുന്ന പൂജ്യം-ഡൈമൻഷണൽ വൈകല്യങ്ങളാണ്.

• വേക്കൻസികൾ: ലാറ്റിസ് സ്ഥാനങ്ങളിൽ നിന്ന് നഷ്ടപ്പെട്ട ആറ്റങ്ങൾ.
• ഇന്റർസ്റ്റീഷ്യൽ ആറ്റങ്ങൾ: ലാറ്റിസ് സ്ഥാനങ്ങൾക്കിടയിൽ സ്ഥിതിചെയ്യുന്ന ആറ്റങ്ങൾ.
• സബ്സ്റ്റിറ്റ്യൂഷണൽ ആറ്റങ്ങൾ: ലാറ്റിസ് സ്ഥാനങ്ങൾ കൈവശപ്പെടുത്തുന്ന മറ്റൊരു മൂലകത്തിന്റെ ആറ്റങ്ങൾ.
• ഫ്രെങ്കൽ വൈകല്യം: ഒരേ ആറ്റത്തിന്റെ ഒരു വേക്കൻസി-ഇന്റർസ്റ്റീഷ്യൽ ജോഡി.
• ഷോട്ട്കി വൈകല്യം: ഒരു അയോണിക് ക്രിസ്റ്റലിൽ ചാർജ് ന്യൂട്രാലിറ്റി നിലനിർത്തുന്ന ഒരു ജോഡി വേക്കൻസികൾ (കാറ്റയോണും ആനയോണും).

ലൈൻ വൈകല്യങ്ങൾ (ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകൾ)

ലൈൻ വൈകല്യങ്ങൾ ക്രിസ്റ്റലിൽ ഒരു രേഖയിലൂടെ വ്യാപിക്കുന്ന ഏക-മാന വൈകല്യങ്ങളാണ്.

• എഡ്ജ് ഡിസ്‌ലോക്കേഷൻ: ക്രിസ്റ്റൽ ലാറ്റിസിലേക്ക് തിരുകിക്കയറ്റിയ ആറ്റങ്ങളുടെ ഒരു അധിക പകുതി തലം.
• സ്ക്രൂ ഡിസ്‌ലോക്കേഷൻ: ഡിസ്‌ലോക്കേഷൻ രേഖയ്ക്ക് ചുറ്റുമുള്ള ആറ്റങ്ങളുടെ ഒരു സർപ്പിളാകൃതിയിലുള്ള റാമ്പ്.

പ്ലാസ്റ്റിക് രൂപഭേദത്തിൽ ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകൾ ഒരു നിർണ്ണായക പങ്ക് വഹിക്കുന്നു. ഡിസ്‌ലോക്കേഷനുകളുടെ ചലനം പദാർത്ഥങ്ങൾക്ക് പൊട്ടാതെ രൂപഭേദം സംഭവിക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു.

പ്ലാനാർ വൈകല്യങ്ങൾ

പ്ലാനാർ വൈകല്യങ്ങൾ ക്രിസ്റ്റലിലെ ഒരു തലത്തിലൂടെ വ്യാപിക്കുന്ന ദ്വിമാന വൈകല്യങ്ങളാണ്.

• ഗ്രെയിൻ ബൗണ്ടറികൾ: ഒരു പോളിക്രിസ്റ്റലിൻ പദാർത്ഥത്തിലെ വ്യത്യസ്ത ക്രിസ്റ്റൽ ഗ്രെയിനുകൾക്കിടയിലുള്ള അതിരുകൾ.
• സ്റ്റാക്കിംഗ് തകരാറുകൾ: ക്രിസ്റ്റൽ പ്ലെയിനുകളുടെ സാധാരണ സ്റ്റാക്കിംഗ് ക്രമത്തിലെ തടസ്സങ്ങൾ.
• ട്വിൻ ബൗണ്ടറികൾ: അതിർത്തിയിലുടനീളം ക്രിസ്റ്റൽ ഘടന പ്രതിഫലിക്കുന്ന അതിരുകൾ.
• ഉപരിതല വൈകല്യങ്ങൾ: ഒരു ക്രിസ്റ്റലിന്റെ ഉപരിതലം, അവിടെ ആവർത്തന ഘടന അവസാനിക്കുന്നു.

വോളിയം വൈകല്യങ്ങൾ

ശൂന്യതകൾ, ഉൾപ്പെടുത്തലുകൾ, അല്ലെങ്കിൽ ഒരു രണ്ടാം ഘട്ടത്തിന്റെ പ്രെസിപിറ്റേറ്റുകൾ പോലുള്ള ത്രിമാന വൈകല്യങ്ങളാണ് വോളിയം വൈകല്യങ്ങൾ. ഈ വൈകല്യങ്ങൾ ഒരു പദാർത്ഥത്തിന്റെ കരുത്തിനെയും പൊട്ടാനുള്ള സാധ്യതയെയും കാര്യമായി ബാധിക്കും.

പോളിമോർഫിസവും അല്ലോട്രോപ്പിയും

ഒരു ഖര പദാർത്ഥത്തിന് ഒന്നിലധികം ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനകളിൽ നിലനിൽക്കാനുള്ള കഴിവിനെയാണ് പോളിമോർഫിസം എന്ന് പറയുന്നത്. ഇത് മൂലകങ്ങളിൽ സംഭവിക്കുമ്പോൾ, അതിനെ അല്ലോട്രോപ്പി എന്ന് വിളിക്കുന്നു. വ്യത്യസ്ത ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനകളെ പോളിമോർഫുകൾ അല്ലെങ്കിൽ അല്ലോട്രോപ്പുകൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു.

ഉദാഹരണത്തിന്, കാർബൺ അല്ലോട്രോപ്പി പ്രകടിപ്പിക്കുന്നു, വജ്രം, ഗ്രാഫൈറ്റ്, ഫുള്ളറീനുകൾ, നാനോട്യൂബുകൾ എന്നിവയായി നിലനിൽക്കുന്നു, ഓരോന്നിനും വ്യത്യസ്ത ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനകളും ഗുണങ്ങളുമുണ്ട്. ടൈറ്റാനിയം ഡയോക്സൈഡ് (TiO2) മൂന്ന് പോളിമോർഫുകളിൽ നിലനിൽക്കുന്നു: റൂട്ടൈൽ, അനറ്റേസ്, ബ്രൂക്കൈറ്റ്. ഈ പോളിമോർഫുകൾക്ക് വ്യത്യസ്ത ബാൻഡ് ഗ്യാപ്പുകളുണ്ട്, അവ വ്യത്യസ്ത ആവശ്യങ്ങൾക്കായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.

വ്യത്യസ്ത പോളിമോർഫുകളുടെ സ്ഥിരത താപനിലയെയും മർദ്ദത്തെയും ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. ഫേസ് ഡയഗ്രാമുകൾ വ്യത്യസ്ത സാഹചര്യങ്ങളിൽ സ്ഥിരതയുള്ള പോളിമോർഫിനെ കാണിക്കുന്നു.

ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ച

ഒരു ക്രിസ്റ്റലിൻ പദാർത്ഥം രൂപപ്പെടുന്ന പ്രക്രിയയാണ് ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ച. ഇതിൽ ഒരു ദ്രാവകം, നീരാവി, അല്ലെങ്കിൽ ഖര ഘട്ടത്തിൽ നിന്ന് ക്രിസ്റ്റലുകളുടെ ന്യൂക്ലിയേഷനും വളർച്ചയും ഉൾപ്പെടുന്നു. ക്രിസ്റ്റലുകൾ വളർത്തുന്നതിന് വിവിധ രീതികളുണ്ട്, ഓരോന്നും വ്യത്യസ്ത പദാർത്ഥങ്ങൾക്കും പ്രയോഗങ്ങൾക്കും അനുയോജ്യമാണ്.

മെൽറ്റ് ഗ്രോത്ത്

മെൽറ്റ് ഗ്രോത്ത് ഒരു പദാർത്ഥത്തെ അതിന്റെ ഉരുകിയ അവസ്ഥയിൽ നിന്ന് ഖരമാക്കുന്നത് ഉൾപ്പെടുന്നു. സാധാരണ സാങ്കേതിക വിദ്യകളിൽ ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു:

• സോക്രൽസ്കി രീതി: ഒരു സീഡ് ക്രിസ്റ്റൽ ഉരുകിയ പദാർത്ഥത്തിൽ മുക്കി, കറങ്ങുന്നതിനിടയിൽ പതുക്കെ മുകളിലേക്ക് വലിക്കുന്നു, ഇത് പദാർത്ഥം സീഡിൽ ക്രിസ്റ്റലീകരിക്കാൻ കാരണമാകുന്നു.
• ബ്രിഡ്ജ്മാൻ രീതി: ഉരുകിയ പദാർത്ഥം അടങ്ങിയ ഒരു ക്രൂസിബിൾ ഒരു താപനില ഗ്രേഡിയന്റിലൂടെ പതുക്കെ നീക്കുന്നു, ഇത് പദാർത്ഥം ഒരറ്റത്ത് നിന്ന് മറ്റേ അറ്റത്തേക്ക് ഖരമാകാൻ കാരണമാകുന്നു.
• ഫ്ലോട്ട് സോൺ രീതി: ഒരു ഇടുങ്ങിയ ഉരുകിയ മേഖല ഒരു പദാർത്ഥത്തിന്റെ ദണ്ഡിലൂടെ കടത്തിവിടുന്നു, ഇത് ഉയർന്ന ശുദ്ധിയുള്ള ഒറ്റ ക്രിസ്റ്റലുകൾ വളർത്താൻ അനുവദിക്കുന്നു.

സൊല്യൂഷൻ ഗ്രോത്ത്

സൊല്യൂഷൻ ഗ്രോത്ത് ഒരു ലായനിയിൽ നിന്ന് ഒരു പദാർത്ഥത്തെ ക്രിസ്റ്റലീകരിക്കുന്നത് ഉൾപ്പെടുന്നു. ലായനി സാധാരണയായി പദാർത്ഥം കൊണ്ട് പൂരിതമായിരിക്കും, ലായനി പതുക്കെ തണുപ്പിച്ചോ അല്ലെങ്കിൽ ലായകത്തെ ബാഷ്പീകരിച്ചോ ക്രിസ്റ്റലുകൾ വളർത്തുന്നു.

വേപ്പർ ഗ്രോത്ത്

വേപ്പർ ഗ്രോത്ത് ഒരു നീരാവി ഘട്ടത്തിൽ നിന്ന് ആറ്റങ്ങളെ ഒരു സബ്സ്ട്രേറ്റിൽ നിക്ഷേപിക്കുന്നത് ഉൾപ്പെടുന്നു, അവിടെ അവ ഘനീഭവിച്ച് ഒരു ക്രിസ്റ്റലിൻ ഫിലിം രൂപീകരിക്കുന്നു. സാധാരണ സാങ്കേതിക വിദ്യകളിൽ ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു:

• കെമിക്കൽ വേപ്പർ ഡെപ്പോസിഷൻ (CVD): നീരാവി ഘട്ടത്തിൽ ഒരു രാസപ്രവർത്തനം നടക്കുന്നു, ആവശ്യമുള്ള പദാർത്ഥം ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു, അത് പിന്നീട് സബ്സ്ട്രേറ്റിൽ നിക്ഷേപിക്കപ്പെടുന്നു.
• മോളിക്യുലർ ബീം എപ്പിറ്റാക്സി (MBE): ആറ്റങ്ങളുടെയോ തന്മാത്രകളുടെയോ ബീമുകൾ അൾട്രാ-ഹൈ വാക്വം സാഹചര്യങ്ങളിൽ ഒരു സബ്സ്ട്രേറ്റിലേക്ക് നയിക്കപ്പെടുന്നു, ഇത് ഫിലിമിന്റെ ഘടനയും ഘടനയും കൃത്യമായി നിയന്ത്രിക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു.

ക്രിസ്റ്റൽ ഘടന പരിജ്ഞാനത്തിന്റെ പ്രയോഗങ്ങൾ

ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനയെക്കുറിച്ചുള്ള ധാരണയ്ക്ക് വിവിധ മേഖലകളിൽ നിരവധി പ്രയോഗങ്ങളുണ്ട്:

• മെറ്റീരിയൽ സയൻസും എഞ്ചിനീയറിംഗും: ക്രിസ്റ്റൽ ഘടന നിയന്ത്രിച്ച് പ്രത്യേക ഗുണങ്ങളുള്ള പുതിയ പദാർത്ഥങ്ങൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യുന്നു.
• ഫാർമസ്യൂട്ടിക്കൽസ്: മരുന്ന് തന്മാത്രകളുടെ ക്രിസ്റ്റൽ ഘടന നിർണ്ണയിച്ച് അവയുടെ ജൈവ ലക്ഷ്യങ്ങളുമായുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾ മനസ്സിലാക്കാനും അവയുടെ രൂപീകരണം ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യാനും. ഫാർമസ്യൂട്ടിക്കൽസിൽ പോളിമോർഫിസം വളരെ പ്രധാനമാണ്, കാരണം ഒരേ മരുന്നിന്റെ വ്യത്യസ്ത പോളിമോർഫുകൾക്ക് വ്യത്യസ്ത ലായകത്വവും ജൈവലഭ്യതയും ഉണ്ടാകാം.
• ഇലക്ട്രോണിക്സ്: ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനയും ഡോപ്പിംഗ് ലെവലും കൈകാര്യം ചെയ്തുകൊണ്ട് നിയന്ത്രിത വൈദ്യുത ചാലകതയുള്ള അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്നു.
• മിനറോളജിയും ജിയോളജിയും: അവയുടെ ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനയെ അടിസ്ഥാനമാക്കി ധാതുക്കളെ തിരിച്ചറിയുകയും തരംതിരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.
• കെമിക്കൽ എഞ്ചിനീയറിംഗ്: പ്രതികരണ നിരക്കും തിരഞ്ഞെടുപ്പും വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് പ്രത്യേക ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനകളുള്ള കാറ്റലിസ്റ്റുകൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, സിയോലൈറ്റുകൾ കാറ്റലിസ്റ്റുകളായും അഡ്‌സോർബന്റുകളായും ഉപയോഗിക്കുന്ന വ്യക്തമായ സുഷിര ഘടനകളുള്ള അലുമിനോസിലിക്കേറ്റ് ധാതുക്കളാണ്.

അഡ്വാൻസ്ഡ് ആശയങ്ങൾ

ക്വാസിക്രിസ്റ്റലുകൾ

ക്വാസിക്രിസ്റ്റലുകൾ ദീർഘ-ദൂര ക്രമം പ്രകടിപ്പിക്കുന്നതും എന്നാൽ സ്ഥാനപരമായ ആവർത്തന സ്വഭാവം ഇല്ലാത്തതുമായ ആകർഷകമായ ഒരു തരം പദാർത്ഥങ്ങളാണ്. അഞ്ച് മടങ്ങ് സിമട്രി പോലുള്ള പരമ്പരാഗത ക്രിസ്റ്റൽ ലാറ്റിസുകളുമായി പൊരുത്തപ്പെടാത്ത ഭ്രമണ സിമട്രികൾ ഇവയ്ക്കുണ്ട്. 1982-ൽ ഡാൻ ഷെക്റ്റ്മാനാണ് ക്വാസിക്രിസ്റ്റലുകൾ ആദ്യമായി കണ്ടെത്തിയത്, ഈ കണ്ടുപിടുത്തത്തിന് അദ്ദേഹത്തിന് 2011-ൽ രസതന്ത്രത്തിനുള്ള നോബൽ സമ്മാനം ലഭിച്ചു.

ലിക്വിഡ് ക്രിസ്റ്റലുകൾ

ഒരു സാധാരണ ദ്രാവകത്തിനും ഖര ക്രിസ്റ്റലിനും ഇടയിലുള്ള ഗുണങ്ങൾ പ്രകടിപ്പിക്കുന്ന പദാർത്ഥങ്ങളാണ് ലിക്വിഡ് ക്രിസ്റ്റലുകൾ. അവയ്ക്ക് ദീർഘ-ദൂര ഓറിയന്റേഷണൽ ക്രമം ഉണ്ട്, എന്നാൽ ദീർഘ-ദൂര സ്ഥാനപരമായ ക്രമം ഇല്ല. എൽസിഡി സ്ക്രീനുകൾ പോലുള്ള ഡിസ്പ്ലേകളിൽ ലിക്വിഡ് ക്രിസ്റ്റലുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു.

ഉപസംഹാരം

ക്രിസ്റ്റലിൻ പദാർത്ഥങ്ങളുടെ ഗുണങ്ങളെ നിയന്ത്രിക്കുന്ന മെറ്റീരിയൽ സയൻസിലെ ഒരു അടിസ്ഥാന ആശയമാണ് ക്രിസ്റ്റൽ ഘടന. ഒരു ക്രിസ്റ്റലിലെ ആറ്റങ്ങളുടെ ക്രമീകരണം മനസ്സിലാക്കുന്നതിലൂടെ, നമുക്ക് പ്രത്യേക ആവശ്യങ്ങൾക്കായി പദാർത്ഥങ്ങളുടെ ഗുണങ്ങൾ ക്രമീകരിക്കാൻ കഴിയും. വജ്രത്തിന്റെ കാഠിന്യം മുതൽ അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ ചാലകത വരെ, നമുക്ക് ചുറ്റുമുള്ള ലോകത്തെ രൂപപ്പെടുത്തുന്നതിൽ ക്രിസ്റ്റൽ ഘടന ഒരു നിർണ്ണായക പങ്ക് വഹിക്കുന്നു. എക്സ്-റേ ഡിഫ്രാക്ഷൻ പോലുള്ള ക്രിസ്റ്റൽ ഘടന നിർണ്ണയിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന സാങ്കേതിക വിദ്യകൾ, പദാർത്ഥങ്ങളുടെ സ്വഭാവ നിർണ്ണയത്തിനും ഗവേഷണത്തിനും അത്യാവശ്യമായ ഉപകരണങ്ങളാണ്. ക്രിസ്റ്റൽ വൈകല്യങ്ങൾ, പോളിമോർഫിസം, ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ച എന്നിവയെക്കുറിച്ചുള്ള കൂടുതൽ പര്യവേക്ഷണം ഭാവിയിൽ കൂടുതൽ നൂതനമായ പദാർത്ഥങ്ങളിലേക്കും സാങ്കേതികവിദ്യകളിലേക്കും നയിക്കുമെന്നതിൽ സംശയമില്ല.