البلورة الأحاديّة (البلورة المفردة): هي مادة صلبة تتكونُ من نمو بلورة واحدة كبيرة الحجم ومنتظمة داخليًا دون اصطدام مع بلورات أُخرى، تتشكّلُ البلورة الأحاديّة من تكرار منظّم ثلاثي الأبعاد للذرات أو الأيونات أو الجزيئات على كاملِ حجمِ البنية الذريّة، وتوجدُ في المعادنُ كالكوارتز والأحجار الكريمة.

استخدام البلورة الأحادية:

تعتبر البلورة الأحادية الشكل البلوري الأقل انتشارًا في الطبيعةِ بسبب وجودِ عيوب وخلل في البنية البلوريّة، وذلك بسبب تعرض عملية التبلور إلى شوائبِ كثيرة، وله أهميّة كبيرة من الناحية التطبيقية خاصةً في المجالات الميكانيكية والبصرية والكهربائية حيثُ تمتلك صفات بصرية وكهربائية ومغناطيسية مميّزة، فأصبحت عنصرًا أساسيًا في معظم المجالات العمليّة الحديثّة، إذ تُستخدم كعدسات، وكنواقل أو أنصاف نواقل في الحواسيب والصناعات الالكترونية كالثنائي الباعث للضوء (LED)، وكذلك تستخدم البلورة الأحادية في مجال تحويل أشكال الطاقة، وإنتاج أشعة الليزر.

المواد الصلبة البلورية:

تعرف بأنها مواد صلبة لها شكل محدد وثابت، وغير قابل للضغط يكون لها أشكال هندسية ووجوه مسطحة كالألماس والمعادن والأملاح، يتم ترتيب الجسيمات في المادة الصلبة البلورية بطريقة منظّمة كل ذرة ترتبط بذرة مشابهة لها بواسطة التناظر الانتقالي، وتكون أصغر وحدة بلورية هي خلية الوحدة، وتتميز بالخصائص المغناطيسية فالمسافات بين الذرات أقل بكثير بسبب القوى بين الجزيئات العالية ودرجات انصهار وغليان عالية، والقوة بين الجزيئات موحدة في جميع أنحاء البلورة.

البلورة الأحادية

المواد الصلبة غير المتبلورة:

تعتبر المواد الصلبة غير المتبلورة موادًا صلبةً ليس لها شكل محدد لذلك لاتمتلك حواف، فالزجاج  والشمع والبوليمرات هي مواد  صلبة غير متبلورة، تمتيز بأنها ليس لها ترتيب  ذري لجزيئاتها لذلك ليس لها تناظر انتقالي، فلا تشكل جزيئات المادة الهيكل الشبكي ثلاثي الأبعاد الموجود  في المواد الصلبة.

إنتاج البلورة الأحادية:

تم إنشاء السيليكون أحادي البلورية عمومًا بالطرق التي تتضمن ذوبان السيليكون النقي وشبه الموصل، ويتم استخدام بذرة لبدء تكوين بلورة مفردة مستمرة، يتم تنفيذ هذه العملية عن طريق تغطيس بلورة صغيرة في محلول مشبع.

أكثر تقنيات الإنتاج شيوعًا هي طريقة Czochralski: (هو وسيلة لنمو البلورات تستخدم للحصول على بلورات أحادية)، والتي تقوم بغمس بلورة بذرة موجهة بدقة مثبتة على قضيب في السيليكون المصهور ثم يتم سحب القضيب ببطء للأعلى وتدويره بنفس الوقت، مما يسمح للمادة المسحوبة بالتصلب في سبيكة أسطوانية. وبالمقارنة مع صب سبائك الكريستال، فإن إنتاج السيليكون أحادي البلورية بطيء للغاية ومكلف.

البيئة التجريبية تكون كالتالي: 

حمام كيميائي: بحيث يحتوي علي ملح منصهر بدرجة حرارة LiAlO2 (1700) مع 3% بالوزن Li2O (أوكسيد الليثيوم)، و 0.5% Mg (مغنزيوم). تحقيق نمو بلورة من LiAlO2 في وعاء إيريديوم وفي جو من الأرجون تم وباستخدام سرعة 10-15 دورة في الدقيقة، وبعدها سنحصل على بلورة أحادية نقية حيثُ أن تتم هذه المرحلة في جو عالي من الحرارة.

البلورة الأحادية

أكمل القراءة

البلورة الأحادية هي مركب صلب يتألف من شبكة بلورية مكونة من بلورة واحدة كبيرة الحجم ومنتظمة، حيث تتألف البلورة الفردية الجيدة من بنية ذرية مكررة بشكل منتظم على كاملحجمها ، وتجدر الإشارة إلى أنّ كل ذرة ترتبط بذرة أخرى مكافئة لها في البنية بواسطة التناظر الانتقالي.

إن الاختلاف الأساسي بين البلورة الصلبة الأحادية والكريستال غير المتبلور هو قياس المسافة التي تنفصل بها الذرات عن بعضها البعض بشكل منتظم من خلال التناظر الانتقالي، كما أن البلورات الأحادية المفردة لها تنظيم دوري لامحدود للذرات، أما البلورات غير الأحادية أو المتعددة لها انتظام محدود لذراتها، بالإضافة إلى أن المواد الصلبة وغير المتبلورة والسوائل أيضًا ليس لها ترتيب ذري، أما الكريستال الصلب ومتعدد البلورات فيتكون من العديد من البلورات أو الذرات الفردية، حيث يمكن اعتبار كل ذرة على أنها بلورة منفردة، ويكون للشبكة الذرية في هذه البلورة ترتيب ذري منتظم لا بأس فيه، أما في المادة الكريستالية المتجانسة الصلبة فليس هناك علاقة بين الذرات المجاورة.

إنّ المواد غير المتبلورة مثل الزجاج مثلًا ليس لها ترتيب ذري وبالتالي لا تحتوي على تناظر انتقالي، وإن بنية المادة السائلة تعتبر بنية مشابهة لبنية البلورة، ولذلك فإن السوائل والبلورات تمتلك كثافات مشابهة، والألماس هو عبارة عن بلورة أحادية وذلك لأن الكربون مرتبط بكامل البلورة.

وتعد البلورات مهمة جدًّا في المجال الصناعي حيث تُستخدم البلورات الأحادية المتنوعة في صناعة الأجهزة الالكترونية البصرية مثل  SiوGaAs وInP وغيرهم من البلورات الأحادية، وبلورات الأكسيد الأحادية مثل LiTaO3 و Al2O3 و LiNbO3وغيرها، وتعتبر طريقة Czochralski (CZ) و Bridgman (BR) وطريقة العوم (FZ) هي طرق للإنماء البلوري المستخدمة في صناعة البلورات الأحادية للأجهزة الإكترونية، بالإضافة إلى صناعة الساعات الثقيلة الذرية الباهظة الثمن، فالبلورة الأحادية سوف تهتز بشكل ثابت ومنتظم عند تعريضها للتحفيز.

وبما أن الإنماء البلوري الذائب للبلورة الكبيرة الحجم والأحادية يتم في جو عالي من الحرارة، سيتم إحداث ضغط كبير من الحرارة في البلورة الكبيرة الأحادية أثناء عملية النمو، وبسبب الضغط الحراري الذي تم تطبيقه تزداد المشاكل التي تؤثر على مستوى الأجهزة الإلكترونية والبصرية، ومن الممكن أن ينتج تكسير في الروابط في حالة بلورات الأكسيد الأحادية لذلك من غير الممكن استخدام البلورات الأحادية التي تم تكسيرها في صناعة الأجهزة وذلك لانخفاض إنتاجية هذه البلورات كمواد لصناعة الأجهزة.

لقد تم الحرص على حل مشاكل النقل الحراري بالنسبة للإنماء البلوري للبلورات السائبة، حيث تعد دراسة ميكانيك الأجسام الصلبة وقوة المادة مواضيع مهمة من أجل التحكم في كثافة البلورة وكسر الروابط بين الذرات التي تحتويها.

تحضير البلورات الأحادية:

قمنا بتكوين بلورات أحادية بعد إعدادها بالشكل المناسب من LiAlO2 بحيث تكون مغمورة ونقية وذلك من خلال استخدام طريقة Czochralski في البيئة التجريبية التالية:

  • حمام كيميائي: بحيث يحتوي علي ملح منصهر بدرجة حرارة LiAlO2 (1700) مع 3٪ بالوزن Li2O و 0.5٪ Mg .
  • تحقيق نمو بلورة من LiAlO2 في وعاء إيريديوم وفي جو من الأرجون تم وباستخدام سرعة 10-15 دورة في الدقيقة، وبعدها سنحصل على بلورة أحادية نقية.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما هي البلورة الأحادية"؟