بلور

[رزیتا]

بلور

• تبلور
• دستگاههای بلورشاختی
  • دستگاه مربعی
  • دستگاه راست لوزی
  • دستگاه تک شیب
  • دستگاه سه شیب
  • دستگاه شش وجهی

بلور شکلی از ماده جامد است که در آن مولکولها ٬ اتمها و یونها با آرایشی منظم در کنار یکدیگر قرار دارد . تکرار این آرایش منظم در سه جهت فضایی سبب بزرگتر شدن بلور می شود . نظم بیرونی بلورها ٬ بر اثر نظم درونی آنهاست. بدلیل همین نظم ٬ سطحهای خارجی بلورها صاف و هموار هستند . این سطحهای صاف با یکدیگر زاویه هایی می سازند که اندازه های آنها در بلورهای یک ماده همواره ثابت است . یکی از راههای تشخیص بلورها ٬ از یکدیگر اندازه گیری زاویه بین سطحهای آنهاست . بلورها به شکلهای مکعب ٬ منشور ٬ هرم و چند وجهی های مختلف هستند و معمولا" سطحها و زاویه های هر شکلی از آنها مشابه و قرینه یکدیگرند.

تبلور

بلورها بر اثر تغییر فشار و دما در محلولها ٬ مواد مذاب ٬ مواد جامد و بخار بوجود می آید . مثلا" بر اثر کاهش دما بلورهای برف ٬ از ابر و بلورهای نمک طعام از آب شور دریاچه های نمکی جدا می شوند . غلظت آب این دریاچه های شور ٬ بر اثر تبخیر یا کاهش دما ٬ به حالت اشباع و فوق اشباع در می آید و بلورهای نمک از آن جدا می شود . بلورهای تشکیل دهنده سنگهای آذرین از سرد شدن ماگما ( سنگهای ذوب شده درون زمین ) به وجود می آیند . بلورهای سنگهای دگرگونی مانند سنگ مرمر از تاثیر دما و فشار زیاد بر سنگهای دیگر شکل می گیرند . به فرآیند تشکیل بلورها تبلور گفته می شود .
هنگامی که دما یافشار تغییر می کند و یا تبخیر روی می دهد و شرایط مناسب تبلور ایجاد می شود ٬ اتمهای مواد به یکدیگر می پیوندند . این اتمها معمولا" در اطراف ذرات موجود در محیط جمع می شوند . این ذرات هسته تبلور نامیده می شوند . هسته تبلور از ذرات ناخالص یا بلورهای خرد شده یک ماده تشکیل می شود . گاهی نیز شماری از اتمهای ماده اصلی کنار هم قرار می گیرند و هسته تبلور را می سازند . اتمهای دیگر نیز به تدریج در اطراف این هسته جمع می شوند و با آرایشی منظم در کنار یکدیگر قرار می گیرند . کوچکترین واحد ساختاری منظم هر بلور را سلول اولیه آن بلور می نامند .

دستگاههای بلورشاختی


در طبیعت شکل سلول اولیه در بلور کانیهای مختلف تفاوت دارد . به طور کلی شش نوع سلول اولیه در نتیجه شش نوع بلور کانی وجود دارد . هر یک از این شش نوع بلور متعلق به یک دستگاه بلور شناختی است . دستگاههای بلور شناختی عبارتند از (مکعبی ٬مربعی ٬راست لوزی ٬تک شیب ٬سه شیب ٬. شش وجهی .
در دستگاه مکعبی هر سه محور ( سه جهت فضایی ) یا هم مساوی و بر هم عمود هستند مانند بلورهای نمک طعام و سولفید آهن .




دستگاه مربعی

:فقط دو محور با هم مساوی هستند اما اندازه محور سوم با آنها یکی نیست . این سه محور نیز بر هم عمود هستند . در این دستگاه ساده ترین بلور به شکل منشور است که سطح قاعده آن مربع است مانند بلورهای اکسید قلع و اکسید تیتان .



دستگاه راست لوزی

:محورها نا مساوی اما بر یکدیگر عمود هستند . ساده ترین بلور در این دستگاه منشوری است که قاعده آن به شکل لوزی یا مستطیل است . مانند بلورهای گوگرد و کربنات کلسیم .

دستگاه تک شیب

:سه محور نابرابرند و دو تا از آنهابر هم عمودند مانند بلورهای میکا٬ تالک و گچ آبدار.



دستگاه سه شیب

:سه محور نابرابرند و هیچیک بر هم عمود نیستند . در بلور ساده سه شیب همه وجه ها متوازی الاضلاع هستند . مانند بلورهای گروهی از فلدسپاتها .



دستگاه شش وجهی

:چهار محور وجود دارد که طول سه محور آن برابر است . این سه محور در یک صفحه قرار دارندو با هم زاویه ١٢٠ درجه می سازند . محور چهارم عمود بر آنهاست مانند بلورهای کوارتز .

در هر یک از دستگاهها ٬ بلورها را بر اساس تقارن موجود در آنها به رده هایی تقسیم
می کنند . در شش دستگاه بلور شناختی ٣٢ رده بلوری تشخیص داده شده است .
هنگام تشکیل بلورها ٬ اگر فضا و زمان و شرایط مناسب وجود داشته باشد بلورهای درشتی بوجود می آیند . این بلورها را بصورت تک بلور می توان مشاهده و بررسی کرد و رده و دستگاه بلور شناختی آنها را مشخص کرد . اگر شرایط مناسب نباشد ٬ بلورها به اندازه های کوچکتر و بصورت مجموعه ها و توده های ریز تشکیل می شوند . گاهی بلورها به قدری ریزهستند که نمی توان آنها را با چشم دید و برای مطالعه آنهاازذره بین ٬
میکروسکوپهای نوری و الکترونی و اشعه ایکس استفاده می شود .

[رزیتا]

بلور شناسی



نگاه اجمالی

بلور شناسی ، علم مطالعه بلورهاست. با ارائه روشی برای توضیح چگونگی تعیین خواص فیزیکی ماده از روی سطح آن ، یعنی اصل تقارن بلور شناسی بصورت علمی مستقل در آمد. در دهه 1880 ، فیزیکدانان شواهد کافی گرد آورده بودند که پدیده‌های مختلفی از قبیل در شکستگی ، انبساط گرمایی ، وقف الکتریسیته و پیزو الکتریسیته را باید با استفاده از شکل بلور توضیح داد. برای مطالعه بلورها روشهای مختلفی وجود دارد که از مهمترین آنها بلور شناسی توسط اشعه ایکس و روشهای پراش الکترون.


سیر تحولی و رشد

مطالعه بلورها به دوران یونانیها و رومیها و مطالعات کوارتزهای گوناگون ، توسط ننوفراستو و پلینیو ، باز می‌گردد. در سده هفدهم نخستین تلاشها برای توصیف نظم ساختاری بلورها به عمل آمد. رابرت هوک اظهار داشت که مشکل کوارتز را با فرض این که کوارتز از آرایش تناوبی کره‌هایی تشکیل شده باشد، می‌توان توضیح داد. کریستیان هویگنس به منظور توصیف پدیده دو شکستی نور ، فرض کرد که کلسیت از آرایش تناوبی بیضیهای دوار تشکیل شده است. در سال 1784 ، ژنه ژوست هادی این فرض را مطح کرد که در بلورها مولکولها در گروههایی به شکل متوازی السطوح قرار گرفته‌اند. در آرایش فضایی این گروهها می‌تواند شکل بلوری ماکروسکوپیکی مشاهده شده را توضیح دهد.

در سال 1827 اوگوست کوشی معادله مربوط به کشسانی را بدست آورد و با این مطالعات و با استفاده از بیست و یک پارامتر توانست شرح دهد، چگونه جسم جامد تحت اثر کنش خارجی معلوم کرنش می‌کند. او به مطالعات خود ادامه داد و دریافت که برای توصیف بلورها با توجه به طبیعت شبکه‌ای‌ آنها به پارامترهای کمتری نیاز است. پنج سال بعد توانست ارنست نویمن این نتیجه‌ها را برابر مطالعه برهمکنش میان نورد ماده بر اساس مکانیک بکار برد. او فرض کرد که نور از ذرات خردی درست شده است. دانشجوی وی والدر سار فوگست که بعدها استاد دانشگاه کوتینگتون شد، نخستین کسی بود که تمام اطلاعات و دستاوردهای مربوط به ارتباط میان خواص فیزیکی و ساختار بلورها را در تناوبی گرد آورد.


بلورشناسی نوین

در سال 1912 ، بلورشناسی نوین متولد یافت. در آن سال ماکس و گروهش تصویری از پراش پرتوهای ایکس توسط بلور 3ns بدست آوردند. این آزمایشها سرشت موجی پرتوهای ایکس را ، که ویلهم کنراد رونتگن در اواخر سده نوزدهم کشف کرده بود و همچنین آرایش تناوبی خوشه‌های اتمها را در دوران بلور به اثبات رساند. ویلیام لارش براک و پدرش ، ویلیام هنری براگ در همین زمینه به پژوهش پرداختند و معادله مشهور زیر را بدست آوردند:

2sinӨ = nλ

که در آن d فاضله میان صفحه‌ای خانواده معینی از صفحه‌های بلوری ، n که مرتبه بازتاب نامیده می شود، عدد طبیعی λ طول موج ایکس مورد استفاده و Ө زاویه فرود و زاویه بازتاب باریکه است. این معادله می‌گوید که کدام زاویه برای بازتاب با طول موج و خانواده صفحه‌های خاص مناسب است، بازتابهایی که از لحاظ هندسی مجازند در طبیعت یافت می‌شوند.


بلور شناسی با پرتو ایکس

اگر نمونه‌ای از تک بلور را با استفاده از پرتوهای سفید ایکس ، پرتوهایی که نه یک طول موج ، بلکه گستره‌ای از طول موجها را در بردارد مورد مطالعه قرار دهیم. نقش خون لاوه بدست می‌آید تحت این شرایط در معادله 2dsinӨ = nλ می‌تواند مقادیری زیاد داشته باشد. اما Ө زاویه‌ای میان پرتو فرودی و صفحه ، برای یک خانواده صفحات خاص مقداری ثابت است. معمولا طول موجی مانند λ وجود دارد که در معادله براگ صدق می‌کنند و بازتاب رخ می‌دهد.

اگر نمونه‌ای را با فیلم عکاسی یا آشکارسازی جدید دیگری احاطه کنیم. در نقاط مختلف روی فیلم لکه‌هایی بدست می آوردیم که به پرتوهای بازتابیده از خانواده‌های مختلف صفحات بلور مربوط می‌شوند. با پردازش این داده‌ها به طریق ریاضی به آنچه نقش پراشی را بوجود می‌آورد می‌توان پی برد. در نتیجه ، ساختار میکروسکوپی بلور را معین می‌کند، یعنی می‌توان فهمید شبکه بلوری این ساختار چگونه است و چه اتمهایی در تلاقی شبکه‌ای قرار دارند.


روش پودری

برای مطالعه بلور شناسی توسط اشعه ایکس روشهای استاندارد دیگری هم وجود دارند که در این میان روش پودر از همه رایجتر است. در روش پودر بجای تک بعدی از نمونه‌ای استفاده می‌شود که بصورت بلورهای کوچکی به ابعاد 1µm یا کمتر خرده شده است. در این روش باریکه تک فام از پرتوهای ایکس به نمونه تابیده می‌شود. و در این حال برای هر خانواده خاصی از صفحات تعداد زیادی بلورک با سمتگیری مناسب پیدا می‌شوند که بازتاب براگ فرودی است. اما تند چتری که هر تکه از پارچه آن با دسته چتر زاویه‌ای یکسان می‌سازند. باریکه‌های بازتابیده روی مخروطی قرار می‌گیرند که گشودگی آن دو برابر گشودگی مخروط قبلی است. زیرا باریکه بازتابیده نسبت به باریکه اولیه زاویه 2Ө می‌سازد و این در حالی است که زاویه بین صفحه و باریکی اولیه برابر Ө است.

اگر فیلم عکاسی را در راه باریکه خروجی قرار دهیم، از تلاقی مخروط اخیر با صفحه عکاسی یک دایره بدست می‌آید: فیلم عکاسی را معمولا به شکل نوار باریک دایره‌ای در می‌آوردند و آنرا روی صفحه‌ای که شامل باریکه خروجی است قرار می‌دهیم. فیلم را سوراخ می‌کنند تا باریکه بتواند به نمونه برسد. از تلاقی مخروطهای بازتابشی مربوط به صفحه‌های مختلف بلور فیلم نقش پراشی خطی بدست می‌آید.


بلور شناسی به روش پراش الکترون

در آغاز دهه 1990 روشهای جدیدی پیدا شدند که مشاهده مستقیم سطحهای بلورین را امکان می‌سازند. درک تغییرات ریخت شناسی که هنگام رویاندن بلور برای کاربردهای الکترونیک روی می‌دهند. با استفاده از پراش الکترون بجای پرتو ایکس و تحت زاویه‌ای کم از سطح بلورها حاصل شده است. با استفاده از میکروسکوپ تونلی روبشی برای نخستین بار ، امکان مشاهده مستقیم ساختار شبکه‌ای بلورها از طریق مشاهده اتم منفرد فراهم شد.

[رزیتا]

ساختار بلوری




!مقدمه
با نگاه کردن به ساختار داخلی بلورها ، دانشمندان امروزه می‌دانند که بلورها به این دلیل همیشه شکلهای منظم و قابل شناسلیی دارند که اتمهای داخل آنها همیشه به شکل الگوهای مشخصی که شبکه نام دارند در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند. خواص یک بلور به شبکه آن بستگی دارد. به عنوان مثال الماس به این دلیل بسیار سخت است که اتمهای آن با پیوندهای بسیار قوی به هم متصل شده‌اند و یک شبکه مستحکم را بوجود آورده‌اند. دانشمندان شبکه بلورها را با استفاده از اشعه ایکس مطالعه می‌کنند. این مطالعات آشکار ساخته است که همه بلورها را می‌توان فقط به هفت ساختار پایه طبقه بندی کرد، که با ساختار شبکه هر بلور تعیین می‌شود.

تاریخچه

در پی کشف پراش اشعه‌های ایکس توسط رونتگن و انتشار یک رشته محاسبات و پیش‌بینیهای ساده و موفقیت آمیز در مورد ویژگیهای بلورین ، بررسی ساختارهای بلوری بصورت دقیقتر شروع گردید. ناظرهای اولیه با توجه به نظم شکل خارجی بلورها به این نتیجه رسیدند که بلورها از تکرار منظم سنگ بناهای همانند بوجود می‌آیند. زمانی که بلوری در شرایط محیطی ثابت رشد می‌کند، شکل آن در حین رشد تغییر نمی‌کند، گویی سنگ بناهای همانند بطور پیوسته به آن افزوده می‌شوند. این سنگ بناها ، اتمها یا گروههایی از اتمها هستند، که بلور یک آرایه متناوب سه بعدی از اتمهاست. این موضوع با این کشف کانی شناسان در قرن هیجدهم که اعداد شاخص جهتهای تمام وجوه بلور اعداد درستند، آشکار شد.



آزمایش ساده

یک لیوان معمولی برداشته و آن را از آب پر کنید. حال مقداری شکر در داخل لیوان ریخته و آن را با قاشق به هم بزنید، تا شکر کاملا در آب حل گردد. این عمل را تا جایی ادامه بدهید که دیگر شکر اضافه شده به آب لیوان در آن حل نشود و در لیوان ته نشین گردد. چنین محلولی را اصطلاحا محلول اشباع شده آب و شکر می‌گویند. حال یک دانه حبه قند را که قسمتی از آن شکسته شده است و بصورت مکعب کامل نمی‌باشد، انتخاب کنید.

حال حبه قند را بوسیله یک تکه نخ بسته و در داخل لیوان آویزان کنید. بعد از چند روز ملاحظه می‌کنید که قسمت شکسته شده حبه قند کاملا ترمیم یافته و حبه قند بصورت مکعب کامل در آمده است. این آزمایش نمونه بسیار ساده از رشد بلور است.



ساختار کلی

بلور ایده آل از تکرار بی پایان واحدهای ساختاری همانند در فضا بوجود می‌آید. در ساده‌ترین بلورها ، مانند مس ، نقره ، آهن و فلزات قلیایی ، این واحدهای ساختاری یک تک اتم است. در اکثر مواد واحد ساختاری شامل چندین اتم یا ملکول است. در بلورهای معدنی این تعداد تا حدود 100 و در بلورهای پروتئین به 10000 می‌رسد. ساختار تمام بلورها بر حسب شبکه‌ای که به هر نقطه آن گروهی از اتمها متصل هستند، توصیف می‌گردد، این گروه اتمها را پایه می‌گویند، پایه در فضا تکرار می‌شود تا ساختار بلور را تشکیل دهد.



ساختار بلوری غیر ایده آل

از نظر بلورنگاران کلاسیک ، بلور ایده‌آل از تکرار دوره‌ای واحدهای یکسان در فضا شکل می‌گیرد. ولی هیچ دلیل عمومی وجود ندارد که بلور ایده‌آل حالت مینیمم انرژی اتمها در صفر مطلق باشد. در طبیعت ساختارهای بسیاری وجود دارند که با آنکه منظم هستند، کاملا دوره نیستند. نظر ایده‌آل بلورنگاران لزوما یک قانون طبیعت نیست. بعضی از ساختارهای غیر دوره‌ای ممکن است فقط فرا پایدار باشند و طول عمر بسیار درازی داشته باشند.



انوع ساختار بلوری

انواع مختلف ساختارهای بلوری وجود دارند که چند مورد از ساختارهای بلوری ساده و مورد توجه همگانی عبارتند از:

• بلور مکعبی مرکز سطحی (fcc) :
  در این حالت سلول یاخته بسیط ، لوزی رخ است. بردارهای انتقال بسیط نقطه شبکه واقع در مبدا را به نقاط شبکه واقع در مراکز وجوه وصل می‌کنند.
• بلور مکعبی مرکز حجمی (bcc) :
  در این حالت یاخته بسیط لوزی رخی است که هر ضلع آن برابر است و زاویه بین اضلاع مجاور است.
• بلور کلرید سدیم Nacl :
  در این حالت پایه شامل یک اتم Na و یک اتم Cl است که به اندازه نصف تعداد اصلی مکعب یکه از هم فاصله دارند.
• بلور کلرید سزیم CsCl :
  در این حالت در هر یاخته بسیط یک مولکول وجود دارد. هر اتم در مرکز مکعبی متشکل از اتمهای نوع مخالف قرار دارد.
• ساختار بلوری تنگ پکیده شش گوش (hcp) :
  در این ساختار مکانهای اتمی یک شبکه فضایی را بوجود نمی‌آورند. شبکه فضایی یک شش گوشی ساده است که به هر نقطه شبکه آن پایه‌ای با دو اتم یکسان مربوط می‌شود.

• ساختار الماسی :
  در این حالت شبکه فضایی fcc است. این ساختار نتیجه پیوند کووالانسی راستایی است.
• ساختار مکعبی سولفید روی ZnS :
  ساختار الماس را می‌توان بصورت دو ساختار fcc که نسبت به یکدیگر به اندازه یک چهارم قطر اصلی جابجا شده‌اند، در نظر گرفت. ساختار مکعبی سولفید روی از قرار دادن اتمهای Zn روی یک شبکه fcc و اتمهای S رویی شبکه fcc دیگر نتیجه می‌شود.
• ساختار شش گوشی سولفید روی (و ورلستاین):
  اگر فقط اتمهای همسایه اول را در نظر بگیرید، نمی‌توان بین دو حالت ZnS مکعبی و شش گوشی فرق گذاشت. اما اگر همسایه‌های دوم را در نظر بگیریم می‌توان این دو حالت را از هم تمییز داد.

علت مطالعه ساختارهای بلوری

از آنجا که بیشترقطعات الکترونیکی مانند دیود ، ترانزیستور و ... از بلورها ساخته می‌شود. همچنین به دلیل گسترش روز افزون وسایل الکترونیکی و توجه بیش از حد به ساختن ریزتراشه‌های کامپیوتری با ابعاد بسیار کم ، توجه فوق العاده به سمت بلور شناسی و مطالعه ساختارهای بلوری شده است. و دانشمندان مختلف در سطح جهان مطالعات وسیعی را در این زمینه انجام می‌دهند، که از آن جمله می‌توان به فعالیتهای انجمن نانوتکنولوژی اشاره کرد.

[رزیتا]

خواص بلورها

مقدمه

در بلورها پراکندگی و فاصله اجزا ٬ دارای نظم هندسی ویژه‌ای است که معمولا" در تمام جهتها یکسان نیست. برخلاف بلورها در جامدهای بی شکل یا غیر بلورین پراکندگی و فاصله اجزای سازنده آنها در همه جهتها یکسان است. از اینرو بعضی از خواص فیزیکی جامدهای غیر بلورین ٬ مانند رسانایی گرمایی ٬ انتشار نور و رسانایی الکتریکی نیز در همه جهتها یکسان است. به این جامدهای غیر بلورین همسانگرد (ایزوتروپ) می‌گویند. چون خواص فیزیکی بیشتر جامدهای بلورین در جهتهای مختلف متفاوت است به آنها ناهمسانگرد می‌گویند. تنها بلورهایی که در دستگاه مکعبی متبلور می‌شوند مانند اجسام غیر بلورین عمل می‌کنند، چون در سه جهت فضایی دارای ابعاد مساوی هستند.

کاربرد ناهمسانگردی

پدیده ناهمسانگردی سبب پیدایش خواصی در بلورها می‌شود که کاربردهای مختلف و مهمی در صنعت دارند. مثلا" اگر بلورهایی مانند کوارتز و یا تورمالین را از دو طرف بکشیم و یا فشار دهیم در جهت عمود بر فشار یا کشش دارای بار الکتریکی مخالف یکدیگر می‌شوند. اگر جهت این فشار یا کشش را عوض کنیم نوع بار الکتریکی تغییر می‌کند، به این پدیده پیزوالکتریک می‌گویند.
گرما در بعضی از بلورها الکتریسته ایجاد می‌کند و سبب می‌شود یک سوی آنها بار مثبت و سوی مقابل بار منفی بیابد. در نتیجه میان این دو سو اختلاف پتانسیل الکتریکی بوجود می‌آید. همچنین اگر به این بلور جریان الکتریکی متناوب وصل کنیم، بلورها به تناوب منبسط و منقبض می‌شوند و بر اثر ارتعاش ٬ صوت تولید می‌کنند. از این خاصیت برای تولید صوت ٬ ماورای صوت ٬ نوسانهای الکتریکی ٬ ساختن میکروفونهای بلوری و سوزن گرامافون استفاده می‌شود.


خواص نیم رسانایی

بعضی از بلورها مانند بلور عنصرهای ژرمانیم ٬ سیلیسیم و کربن خاصیت نیم رسانایی دارند و تا اندازه‌ای جریان الکتریکی را از خود عبور می‌دهند. اگر بلورهای نیم رسانا را گرما دهیم و یا در مسیر تابش نور قرار دهیم٬ مقاومت الکتریکی آنها کم می‌شود و الکتریسیته را بهتر عبور می‌دهد. نیم رساناها در صنایع الکترونیک و مخابرات بصورت دیود و ترانزیستور و قطعه‌های دیگر الکترونیکی بکار می‌روند. دیود یا یکسو کننده از دو قطعه بلور نیمه رسانا ساخته می‌شود و برای یکسو کردن جریانهای متناوب بکار می‌رود. ترانزیستور از سه قطعه بلور نیم رسانا تشکیل می‌شود و برای تقویت جریانهای ضعیف و یکسو کردن جریان متناوب بکار می‌رود. دیودها و ترانزیستورها از قسمتهای اصلی گیرنده‌ها و فرستنده‌های رادیو و تلویزیون هستند.


پدیده دو شکستی

بعضی از بلورها نور را به دو دسته پرتو تقسیم می‌کنند، بر اثر این پدیده در کانیهای شفاف ٬ مانند کربنات کلسیم شکست مضاعف ایجاد می‌شود. اگر نوشته‌ای را زیر کربنات کلسیم قرار دهیم بصورت دو نوشته دیده می‌شود.
بعضی از بلورها خاصیت جذب انتخابی دارند. مانند بلور تورمالین که پرتوهای نور را به دو دسته تقسیم می‌کند. یک دسته آنها را جذب می‌کند و دسته دیگر را از خود عبور می‌دهد. از این خاصیت برای ساختن فیلمها و عدسیهای قطبنده (پلاریزان) و برای کاهش شدت نور چراغهای اتومبیل استفاده می‌شود. عدسیهای قطبنده را در ساختن ابزارهای نوری مانند میکروسکوپهای قطبنده (پلاریزان) را از ورقه نازک پولاروید (ورقه شفاف و نازک نیترات سلولز) می‌پوشانند.

خواص ساختاری

بعضی از ویژگیهای بلورها به نوع و موقعیت پیوند بین مولکولهای آنها بستگی دارد. مثلا" هر چه پیوند اجزای یک بلور قویتر باشد نقطه ذوب آن بالاتر و سختی و مقاومت آن بیشتر است، مانند بلورهای الماس و گرافیت که از نظر ترکیب شیمیایی یکسان هستند و هر دو از کربن تشکیل شده‌اند، اما به دلیل تفاوت در پیوند شیمیایی میان اتمهای آنها سختی و مقاومت گرافیت کم ، اما سختی و مقاومت الماس بسیار زیاد است. بعضی از بلورها به سبب شکل پیوندهای داخلی ٬ در امتدادهای معینی به آسانی می‌شکنند، مانند بلور نمک طعام و بعضی به آسانی ورقه ورقه می‌شوند، مانندبلورهای میکا. از خاصیت سختی و مقاومت بلورها در ساختن انواع کاغذها و تیغه‌های سمباده و همچنین در ساعت سازی استفاده می‌کنند.

[رزیتا]

رشد بلور

بلورهای نیم رسانا که برای ساخت قطعات الکترونیکی و مدارهای مجتمع استفاده می‌شوند، باید به صورت دقیق رشد داده شده و ناخالصی‌های آنها جدا گردد. در زیر به سه روش رشد این بلورها اشاره می‌کنیم.



تاریخچه

رشد سیلیسیم تک‌بلور ، اولین بار در آغاز و میانه دهه 1950 انجام گرفت که هم‌اکنون نیز در ساخت مدارهای مجتمع از آن استفاده می‌شود.


دیدکلی

پیشرفت تکنولوژی قطعات حالت جامد نه‌تنها به توسعه مفاهیم قطعات الکترونیکی بلکه به بهبود مواد نیز وابسته بوده است. شرایط رشد بلورهای نیم‌رسانا که برای ساخت قطعات الکترونیک استفاده می‌شود، بسیار دقیق‌تر و مشکل‌تر از سایر مواد است. علاوه بر این که نیم‌رساناها باید به‌صورت تک بلورهای بزرگ در دسترس باشند، باید خلوص آنها نیز در محدوده بسیار ظریفی کنترل شود. مثلا تراکم بیشتر ناخالصیهای مورد استفاده در بلورهای سیلیسیم فعلی از یک قسمت در ده میلیارد کمتر است. چنین درجاتی از خلوص ، مستلزم دقت بسیار در استفاده و بکارگیری مواد در هر مرحله از فرآیند ساخت است.


رشد از مذاب

یک روش متداول برای رشد تک بلورها ، سرد کردن انتخابی ماده مذاب است، به گونه‌ای که انجماد در راستای یک جهت بلوری خاص انجام می‌پذیرد.


یک مثال

ظرفی از جنس سیلیکا (کوارتز شیشه‌ای) در نظر بگیرید که دارای ژرمانیم (Ge) مذاب است و می‌توان آن را طوری از کوره بیرون آورد که انجماد از یک انتها شروع شده ، به‌تدریج تا انتهای دیگر پیش رود. با قرار دادن یک دانه بلوری کوچک در نقطه شروع انجماد ، می‌توان کیفیت رشد بلور را بالا برد. شکل بلور بدست آمده توسط ظرف ذوب تعیین می‌شود. ژرمانیوم ، گالیم آرسنیک (GaAs) و دیگر بلورهای نیم‌رسانا اغلب با این روش که معمولا روش بریجمن افقی (Bridgman) نامیده می‌شود، رشد داده می‌شوند.


معایب رشد بلور در ظرف ذوب

در این روش ، ماده مذاب با دیوارهای ظرف تماس پیدا می‌کند و در نتیجه در هنگام انجماد تنش‌هایی ایجاد می‌شود که بلور را از حالت ساختار شبکه‌ای کامل خارج می‌سازد. این نکته بویژه در مورد Si که دارای نقطه ذوب بالایی بوده و تمایل به چسبیدن به مواد مذاب را دارد، مشکل جدی است.


روش جایگزین

یک روش جایگزین ، کشیدن بلور از مذاب در هنگام رشد آن است. در این روش یک دانه بلوری در داخل ماده مذاب قرار داده شده و به‌آهستگی بالا کشیده می‌شود و به بلور امکان رشد بر روی دانه را می‌دهد. معمولا در هنگام رشد ، بلور به‌آهستگی چرخانده می‌شود تا علاوه بر هم زدن ملایم مذاب از هر گونه تغییرات دما که منجر به انجماد غیر همگن می‌شود، متوسط گیری کند. این روش ، روش چوکرالسکی (Czochoralski) نامیده می‌شود.

پالایش ناحیه‌ای و رشد ناحیه شناور

استفاده از ناحیه مذاب متحرک به‌خصوص وقتی که رفت و برگشتهای متعددی در راستای شمش انجام می‌پذیرد، موجب خلوص قابل توجهی در ماده اولیه می‌شود. این فرایند ، پالایش ناحیه‌ای نامیده می‌شود. تکنیکهای متداول برای ذوب شمش عبارتند از : تابش گرما از یک گرماده مقاومتی ، گرمایش القایی و گرمایش بوسیله بمباران الکترونی در فصل مشترک مایع و جامد که در حال انجماد است. توزیع خاصی از ناخالصی‌ها بین دو فاز وجود خواهد داشت؛ کمیت مهمی که این ویژگی را مشخص می‌کند، ضریب توزیع Distribution Coefficient است که به‌صورت نسبت تراکم ناخالصی در جامد به تراکم آن در مایع در حالت تعادل تعریف می‌شود.

ضریب توزیع تابعی از ماده ، ناخالصی دمای مرز مشترک بین جامد و مایع و سرعت رشد است. اگر مرورهای متعددی صورت گیرد، طول بیشتری از شمش خالص شده و پس از مرورهای متعدد اکثر ناخالصی‌ها به انتهای شمش کشیده می‌شود که می‌توان آن را برید و جدا کرد و در نتیجه یک بلور با خلوص خیلی زیاد باقی می‌ماند. ضریب توزیع که روند پالایش ناحیه‌ای را کنترل می‌کند، در هر گونه رشد از مذاب نیز اهمیت دارد.

[رزیتا]

نقص در ساختار بلور
دید کلی

همه جامدات دارای نقص هستند که به صورت نقص ساختاری و یا نقص در ترکیب می‌باشد. نقصها‌ بسیار مهم‌اند. زیرا وجود آنها خواصی همچون مقاومت مکانیکی ، هدایت الکتریکی و فعالیت شیمیایی را تحت تاثیر قرار می‌دهد.


نقص بلوری و انرژی آزاد گیبس

وجود نقص موجب افزایش در آنتروپی شبکه می‌شود و بنابراین همه جامدات تمایل به وجود نقص دارند.

G = H - TS

افزایش S ، یک جمله منفی در انرژی آزاد وارد می‌کند. اگر ایجاد نقص گرماگیر باشد، H مثبت می‌شود ولی ، بزرگتر از صفر خواهد بود و باز هم انرژی آزاد منفی می‌شود. با افزایش دما ، نقصها‌ افزایش می‌یابد و G منفی تر می‌شود.


نقص ذاتی

نقص ذاتی در مواد خالص وجود دارد. تشخیص نقص نقطهای ‌با اشعه X امکان پذیر است. روشهای طیف سنجی هدایت و اندازه گیری چگالی از روشهای تشخیص وجود نقص است. جدیدترین روش ، استفاده از میکروسکوپ الکترونی است که با دقت کافی وجود نقص را نشان می‌دهد. در 1930 ، دو فیزیکدان "SChottky" (آلمانی) و "Frenkel" (روسی) ، اندازه گیری هدایت الکتریکی و چگالی را برای تشخیص نقصها‌ی نقطهای ‌به کار بردند.


نقص Schottky

اتم یا یون از جایگاه اصلی خود خارج می‌شود. وجود این نقص تغییری در استوکیومتری ایجاد نمی‌کند و به ازای یک +A ، یک +B نیز از ساختار حذف شده و جای خالی باقی می‌ماند. برای بروز این نقص ، لازم است اندازه آنیون و کاتیون به هم نزدیک باشد مانند KBr و عدد کئوردیناسیون نیز بالاست. این نقص می‌تواند در زمان رشد بلور بوقوع پیوندد.


نقص Frernkel

یک ین یا اتم از جایگاه عادی خارج شده و در موقعیت interstitial قرار می‌گیرد و کلرید نقره دارای ساختار NaCl است و در آن تعدادی از یونهای +Ag موقعیتها‌ی چهار وجهی را اشغال می‌کنند. در این نقص نیز استوکیومتری تغییری نمی‌کند. در بروز این نقص ، اندازه کاتیون از اندازه آنیون خیلی کوچکتر است و عدد کئوردیناسیون نیز پایین است، مانند Ag Br , AgCl , AgI , ZnS


نقص عارضی

این نقصها‌ ، اجتناب ناپذیرند زیرا معمولا تهیه یک جسم با ناخالص همراه است مثلا موقعی که اتمهای As جایگزین اتمها در شبکه Si می‌شوند، الکترون اضافی از روی As به نوار هدایت راه می‌یابد. ورود یون 2+Ca در شبکه 2ZrO به جای یون 4+Zr موجب می‌شود جهت خنثی بودن بار الکتریکی ، یک یون 2-O نیز از شبکه خارج شده و جای آن خالی باقی بماند. برخی مواقع تغییر حالت اکسایشی توسط وجود ناخالصی تحمیل می‌شود.
مثلا ورود Li2O در شبکه NiO (قرار گیری +Li به جای 2+Ni) برای توازن بار ، تبدیل 2+Ni به 3+Ni صورت می‌گیرد. موقع آلایش Si با بور ، حفره در شبکه بوجود آمده و این حفره به نوار ظرفیت راه می‌یابد و موجب افزایش هدایت می‌شود.

یک نوع دیگر از نقص عارضی نقطه‌ای ، مرکز رنگ می‌باشد. حرارت دادن یک ها‌لید از فلز قلیایی در بخارات فلز قلیای موجب می‌شود که کاتیوئن در شبکه در موضع اصلی آن قرار می‌گیرد و به جای آنیون ، یک الکترون موضع آنیونی را اشغال می‌کند. این مرکز به مرکز F معروف است و رنگ حاصل زا آن به تحریک الکترون مروبط می‌شود. در فلزات واسطه نقص به خاطر تغییر در عدد اکسیداسیون بیشتر دیده می‌شود. در شبکه FeO ، قسمتی از 2+Fe به 3+Fe تبدیل می‌شود و فرمول مثلا به صورت Fe0.9O حاصل می‌شود. گاهی به جای +Na در شبکه NaCl کاتیون 2+Ca وارد می‌شود. به این نقص هم ، نقص نفوذی گفته می‌شود.

نقصها‌ی گسترده

نقص‌ها‌ی نقطه‌ای ‌به هم پیوسته و موجب نقص در یک خط و یا یک سطح می‌شوند. در اکسید تنگستن ، نقص در یک سطح رخ می‌دهد.


وجود ناخالصی و نیم رساناها

کربن ، سیلیسیم و ژرمانیم و قلع خاکستری ، دارای ساختار الماسی هستند و به صورت کاملا خالص ، خاصیت نیم رسانایی ندارند. ولی ورود مقادیر جزئی از آآرسنیک یا ایندیم (4-10 %) از عناصر گروه پنجم و سوم اصلی ، باعث افزایش رسانایی این اجسام می‌شود. ورود آرسینیک در شبکه Si و یا Ge ، نیم رسانای نوع n را به خاطر وارد ساختن یک الکترون بیشتر در شبکه ایجاد می‌کند. نیز نیم رسانای نوع n هستند ورود In یا بور از گروه سه در شبکه‌ها‌ی مذکور ، حفره وارد ساختار می‌کند و نیم رسانای نوع p بوجود می‌آورد.

ترکیباتی نظیر Fe0.84O , Fe0.94O , Fe0.9S که موجب ایجاد حفره در ساختار می‌شوند، از نوع نیم رسانای P خواهند بود (در نیم رسانای نوع P ، جهت حرکت الکترون و حفره مثبت مخالف هم است). از طرف دیگر ، اگر اکسیدهای اولیه این فلزات در حضور اکسیژن حرارت داده شوند، هدایت آنها افزایش می‌یابد. اکسیژن قسمتی از یونها‌ی فلزی را اکسید می‌کند و با تولید یونهای با درجه اکسایش بالاتر ، تعداد حفرهها‌ی مثبت در شبکه افزایش یافته و رسانایی افزایش می‌یابد.

[رزیتا]

بلور مایع (Liquid Crystals)




بلورهای مایع موادی هستند که خواص ساختاری و مکانیکی آنها چیزی بینابین خواص مایعات و بلورهاست. فهم و درک این حالت ماده برای دانشمندان قرنهای نوزدهم و بیستم کار ساده‌ای نبوده است. در اوایل دهه 1970 میلادی اولین دسته از مواد بلورهای مایع پایدار بصورت تجاری ساخته شدند و از آن در ساخت صفحه‌های Liquid Crystal Display استفاده شد.



نگاه اجمالی

فاز بلور مایعی جسم را گاهی (فروفاز) (به معنی فاز بینابینی) یا فاز فرومورنیک نیز می‌نامند. در بلورها ، اتمها یا مولکولها در شبکه‌های تناوبی منظم آرایش می‌یابند. بدین ترتیب در مقیاس میکروسکوپیکی ، بلورها نظم بسیار زیادی دارند. اگر مکان یک مولکول مشخص شود مکان مولکولهای دیگر را می‌توان با اطمینان فراوانی حتی در فواصل دور هم تعیین کرد.

بلورها در مقابل در مایعات تقریبا آزادانه حرکت می‌کنند و در مقیاس میکروسکوپیکی بسیار نامنظم هستند. با این حال هنوز هم اندازه‌ای نظم کوتاه برد ناشی از دافعه کوتاه برد میان اتمها یا مولکولها در آنها دیده می‌شود. بطوری که اگر مکان یک اتم یا یک مولکول مشخص شود، مکان مولکول‌های دیگر را می‌توان با اطمینان نسبتا زیادی حتی در فواصل دور هم تعیین کرد. از آنجا که نظم مکانی دور برد در مایعات وجود ندارد مایعات در برابر تغییر شکل برشی مقاومتی از خود نشان نمی‌دهند و تحت تأثیر وزن یا نیروی دیگر به آزادی جریان پیدا می‌کنند.

تاریخچه کشف

بلورهای مایع در سال 1888 میلادی توسط Friedrich Reinitzer هنگام مطالعه و بررسی کلسترول در گیاهان کشف شد، ولی نه تنها خود کاشف آن از ماهیت آنچه مشاهده کرده بود کاملا آگاه نبود بلکه تا همین دهه‌های اخیر بصورت یک پدیده جالب توجه به آن نگاه می‌شد.



ساختار بلور مایع

نظم ساختاری بلور مایع ، چیزی بینابین نظم ساختاری مایع و جامد است. تغییرات فاز بین فازهای جامد مایع و مایع ، از طریق گرما کردن در مورد بلورهای مایع توموتروپ و یا مخلوط کردن ماده دوم در مورد بلورهای مایع لیوتروپ میسر می‌شود. بلورهای مایع ترموتروپ معمولا از مولکولهای آلی (کربن دار) تشکیل می‌شوند. این مولکولها یا خطی هستند و قسمت مرکزی آنها سخت است و دنباله‌های انعطاف پذیر در یک سر و یا در دو سرشان دارند یا دایره‌ای هستند و قسمت مرکزی شان قرصی و سخت است و 4 تا 8 دنباله انعطاف پذیر بطور شعاعی از آن خارج می‌شوند. بلورهای مایع ترموتروپ به دسته‌های زیر تقسم می‌شوند:



بلور مایع نیماتیک

بلور نیماتی معمولا از مولکولهای آلی میله‌ای شکل ساخته می‌شود. همانند مایعات ، این نوع بلورهای مایع فقط از لحاظ مولکولی دارای نظم کوتاه برد هستند. برخلاف مایعات در این محورهای بلند مولکولها همگی بطور متوسط هم سو هستند. از اینرو بلور نیماتیم را می‌توان بلور جهت دار ‌دانست. این بلور مایع همانند مایع سلولی جریان پیدا می‌کند، اما از نظم بسیار بیشتری برخوردار است.



بلور مایع اسمکتیک

بلور مایع اسمکتیک هم از مولکولهای میله‌ای ساخته می‌شود، ولی نظم مولکولها در آن بصورت لایه و هم صفحه‌ای است. در هر لایه ، مولکول فوق نظم کوتاه برد مایع گونه دارند. بدین سان ، بلور مایع اسکمتیک را می‌توان تناوبی یا بلور بین در یک بعد و بی نظم یا مایعی در دو بعد دیگر داشت. بلور اسکمتیک مانند بلور سیستماتیک تحت تأثیر وزن جریان پیدا می‌کنند. بسته به اینکه میله‌ها در هر لایه مثلا بصورت مایل یا راست ایستاده باشند. با زیر دسته‌های متعددی از فاز اسکمتیک روبرو می‌شویم.



بلور مایع کوکستریک

بلور مایع کوکستریک شبیه نیماتیک است، اما بجای اینکه میله‌ها در همه جا یکسان باشد، در نقاط مختلف دست خوش تغییر جهت می‌شود که این امر در نهایت ساختاری مارپیچی پدید می‌آورد. اگر صفحاتی عمود بر محور مایع در نظر بگیریم در هر صفحه سمتگیری منظمی همانند فاز نیماتیک روبرو می‌شویم. جهت موضعی این سمتگیری در هر صفحه نسبت به صفحات مجاورتی کمی چرخیده است.



بلور مایع دیسکوتیک دیاستوئی

بلور مایع دیسکوتیک یاستونی از مولکولهای قرص شکل تشکیل شده است. مولکولها در ستونهایی مرتب می‌شوند که نسبتا شبیه به ستونهای میله یا مهره‌های تخته نرم هستند، در هر ستون فقط نظم کوتاه برد وجود دارد. اما ستونها بطور تناوبی در دو بعد مرتب می‌شوند و ترکیب آنها معمولا بصورت شبکه شش گوش است. بدین سان ، بلور مایع دیسکونیک در دو بعد منظم و در یک بعد بی نظم است.

اساس فیزیکی مایع تریوتروپ

در بلورهای مایع ترموتروپ ، گرم کردن ماده جامد منجر به فاز آی بلور مایع بیشتر می‌شود، منظور این است که بجای تبدیل مستقیم از فاز جامد به فاز مایع همسانگرد ، این مواد گرم شدن از یک یا چند فاز بلور مایع عبور می‌کنند.

بلور ------> نیماتیک ------> اسمکتیک ------> مایع همسانگرد

اساس فیزیکی مایع اسکمتیک

در تبدیل از بور به اسکمتیک ، جسم بسیار نرم می‌شود و تحت برش جریان پیدا می‌کند. اگر چه اغلب اگر گذارهای بین فازهای متمایز اجسام ناپیوسته‌اند. فاز اسمکتیک بطور پیوسته به فاز نیماتیک تبدیل می‌شود که آنرا گدازهای مرتبه دوم می‌گویند. نیماتیکها معمولا نسبت به فازهای اسمکتیک چسبندگی کمتری دارند. و اگر اقدامات خاص برای جهت دادن آنها صورت نگیرد، ظاهری کدر یا گل آلود دارند که این هم بخاطر حضور ناحیه‌های متعددی است که هر ک سمتگیری مولکولی خاص خود را دارد. این کدری به هنگام تبدیل بلور مایع اسمکتیک به مابع همسانگری ناگهان از بین می‌رود. به همین دلیل نقطه گذار نیماتیک - اسمکتیک را گاهی نقطه شفاف شدگی می‌نامند.



خواص برجسته بلور مایع

• در مایع‌ها اتم‌ها و مولکول ها تقریبا آزادنه حرکت می‌کنند و روی یکدیگر می‌لغزند و در مقیاس میکروسکوپیکی بسیار نامنظم‌اند. اما به دلیل نیروی دافعه کوتاه برد میان اتم‌ها یا مولکول‌های مایع ، تا اندازه‌ای در مایع‌ها نظم کوتاه بردی دیده‌ می‌شود.
• از آنجا که نظم مکانی دور برد در مایع‌ها وجود ندارد ، مایع‌ها در مقابل تغییر شکل برشی ، مقاومتی از خود نشان نمی‌دهند و تحت تاثیر وزن یا نیروهای دیگر به آزادی جریان می‌یابند.
• نظم ساختاری بلورهای مایع ، چیزی بینابین نظم ساختاری مایع و جامد است . شکل زیر تفاوت بین سه حالت مختلف جامد ، بلور مایع و مایع را نشان می‌دهد.

کاربرد بلور مایع

• به دلیل شکل میله‌ای مولکولهای تشکیل دهنده بلورهای مایع نیماتیک و اسمکتیک در برابر نور و میدانهای الکتریکی و مغناطیسی پاسخی ناهمسانگرد دارند، بدین سان می‌توان از میدان الکتریکی برای کنترل حتی از مولکولهای بلور مایع نیماتیک می‌گیرند استفاده کرد و این امر به نوبه خود میزان نور بازتابیده یا گذرنده را تغییر می‌دهد، استفاده از این اثر در صفحات نمایی بلور مایع که در ماشینهای حساب ، ساعت دیجیتالی و حتی تلویزیونهای مینیاتوری کاربرد دارد رایج است.
• ساختار مارپیچی مشخصه بلورهای مایع کوسترتیک به عنوان توری برای نور مرئی قابل استفاده است. ترکیبات کولسترتیک معمولا با رنگ روشن و براق دیده می‌شوند. چون میزان براق بودن آنها به دما بستگی دارد، از رنگ وابسته به دمای این بلورهای مایه در بعضی دماسنجها بهره برداری می‌شود.

[رزیتا]

فرایند تبلور

تبلور یک ماده ، عبارتست از جهت یافتگی ذره‌ای و آرایش مولکولی و تثبیت این نظم در فضای ماده.


تاریخچه بلورشناسی

علم بلورشناسی یا کریستالوگرافی درباره نحوه تشکیل و رشد بلورها و شکل ظاهری و ساختمان داخلی آنها و نیز خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مواد متبلور بحث می‌نماید. کلمه کریستال (Crystal) اصل یونانی دارد که از دو کلمه (سرد= Kryos) و (سخت شدن= Stellesual) تشکیل شده که مجموعا معنی سخت شدن در اثر سرما را می‌دهد.

فلاسفه قدیم نیز منشاء بلورهای یک سنگ را بلورهای یخ می‌دانستند که بر اثر تحمل سرمای بسیار شدید در طول مدت مدید ، طوری سخت و مقاوم شده است که می‌تواند حرارتهای بالاتر از صفر را هم تحمل نماید. در سال 1690 ، "Huyghens" دریافت که بلورها از اجتماع ذرات کوچکتر بوجود آمده‌اند و در سال 1912 ، "M.V.Laue" توانست تئوری ساختمان شبکه‌ای در بلورها را با استفاده از اشعه ایکس به اثبات برساند.


تبلور و نمو بلورها

برای اینکه یک بلور بتواند تشکیل گردد، باید در وحله اول نطفه آن بسته شود، پس از تشکیل ، نطفه شروع به نمو می‌کند تا بالاخره بلوری که بوسیله سطوح احاطه شده است، بوجود آید. نطفه‌های بلور عبارتند از بلورهای ریزی با قطر تقریبی 40 تا 180 آنگستروم که بطور ناگهانی در بخارات و مایعات اشباع شده و یا مواد مذاب سرد شده تشکیل می‌شوند. در اجسام جامد تشکیل بلور ، نقش مهمی را بازی می‌کند، مثلا تشکیل بلور که در اثر فعل و انفعالات شیمیایی یا نارسائی‌های حرارتی در شیشه ایجاد می‌گردد، باعث از بین رفتن شفافیت شیشه خواهد شد.

تبلور معمولا در موقع تبدیل یک حالت فیزیکی به حالت فیزیکی دیگر صورت می‌گیرد. این تبدیل به سه صورت زیر انجام می‌شود:


تبلور در هنگام تبدیل حالت مایع به جامد

این نوع تبلور به دو صورت انجماد مواد مذاب و تبلور مواد محلول انجام می‌گیرد:

• انجماد مواد مذاب :
  
  اگر ماده مذاب به سرعت سرد شود، اتمها یا مولکولها با هر موقعیتی که دارند، متراکم و بی‌حرکت می‌شوند و ماده منجمد می‌گردد. در این صورت جسمی جامد و ایزوتوپ بدون داشتن نظم ذره‌ای تشکیل می‌شود. اگر سرد شدن با آرامی و کند انجام شود، اتمها و مولکولها با توجه به نیروی جاذبه خود و اطاعت از شبکه تبلور کنار هم چیده شده و نطفه بلور را تشکیل می‌دهند. سپس در نتیجه اتصال سایر مولکولهای منزوی و معلق در ماده مذاب به نطفه بلور ، حجم آن افزایش می‌یابد تا اینکه به بلوری درشت تبدیل می‌گردد.
• تبلور مواد محلول :
  
  در این نوع تبلور باید محلول به حال فوق اشباع باشد. در چنین محلولهایی بلورها تشکیل و ته‌نشین می‌شوند. این بلورها ابتدا به صورت نطفه‌های متحرک می‌باشند، علت تحرک آنها حرکات قبلی یونها و مولکولهای سازنده آنها است. در محلولها نیز مانند انجماد مواد مذاب ، رشد بلورها از طریق اتصال منظم یونها ، اتمها و مولکولهای معلق در محلول به نطفه‌های بلور صورت می‌گیرد.

تبلور در هنگام تبدیل حالت بخار به جامد سوبلیماسیون

در این حالت تبلور ، بلورها مستقیما از تبدیل بخار به جامد حاصل می‌شوند. این بلورها معمولا کوچک و دارای طرح اولیه می‌باشند که اصطلاحا اسکلت بلور گفته می‌شود. در طبیعت ، سوبلیماسیون در گازهای خشک آتشفشانی دیده می‌شود. در این حالت مواد گازی آتشفشانی در شکافهای توده آذرین مستقیما به بلور تبدیل می‌گردند. مثال بسیار روشن برای پدیده سوبلیمانسیون ، تشکیل قشرهای بلور یخ ناشی از انجماد مستقیم بخار آب اطاقها بر روی شیشه پنجره‌ها در سرمای زمستان می‌باشد.


تبلور مواد جامد

حالت سوم تبلور که خوب شناخته نشده و در طبیعت فراوان دیده می‌شود، تبلور در محیط جامد است. در این حالت رشد بلورها بخرج بلورهای کوچکتر و تحت تاثیر فشار و حرارت و در مدت زمان طولانی صورت می‌گیرد. برای مثال امروزه سنگهای شیشه‌ای آتشفشانی خیلی قدیمی را متبلور می‌بینیم. بنابراین معلوم می‌شود که این گونه سنگها به تدریج در طول زمان متبلور شده‌اند. سنگهای آهکی دانه ریز که از بلورهای ریز کربنات کلسیم تشکیل شده‌اند، تحت تاثیر عوامل دگرگونی (فشار و حرارت) به مرمر که دارای بلورهای دانه درشت کلسیت است، تبدیل می‌گردد.


تاثیر عوامل خارجی در نمو بلورها

شرایط زیر سبب بوجود آمدن اختلاف در اندازه بلورها می‌گردد:

1. سرعت انجماد :
   
   افزایش طول مدت انجماد یک ماده مذاب امکان تغذیه شیمیایی بیشتر بلورها از ماده مذاب را فراهم می‌سازد. بنابراین کم شدن سرعت انجماد ، موجب تشکیل بلورهای درشت و تسریع در انجماد سبب تشکیل بلورهای کوچک و ریز می‌گردد.
2. وجود مواد فرار :
   
   وجود بخار آب و گازها در یک ماده مذاب ، نقطه انجماد را پایین آورده و سرعت انجماد را کند می‌سازد. بنابراین باعث افزایش رشد بلورهای آن ماده می‌شود. به عنوان مثال در رگه‌های پگماتیت به علت وجود بخار آب و گازهای فراوان در ماده مذاب پگماتیتی ، بلورها به مراتب درشت‌تر از بلورهای توده آذرین اصلی است، حال آنکه سرعت انجماد در رگه‌های پگماتیت از سرعت انجماد توده آذرین اصلی بیشتر بوده است.
3. تراکم محلول :
   
   اندازه بلورها در یک محلول بستگی به درجه اشباع شدگی آن محلول دارد. در محلولهای فوق اشباع تعداد مراکز تبلور فراوان می‌باشد و در نتیجه اندازه بلورها کوچک خواهد شد. برعکس در محلولهائی با درجه اشباع شدگی کمتر تعداد مراکز تبلور کم بوده و بنابراین اندازه بلورها درشت‌تر خواهد بود.

میانبار یا ادخال در بلورها

در حین رشد بلور ممکن است موادی به صورت جامد ، مایع و یا گاز به سطح بلور بچسبد. ادامه رشد بلور باعث می‌شود که این مواد در درون بلور قرار گرفته، موجب تشکیل ادخال در داخل بلور گردد، حبابهایی خیلی کوچک گاز کربنیک همراه با آب در داخل بلور کوارتز و یا قطرات خیلی کوچک آب در بلورهای نمک طعام و نیز قطرات مواد مذاب غیر متبلور (شیشه) در درون بلورهای فلدسپات ادخالهائی می‌باشند که همزمان با تبلور بلور در داخل آن قرار می‌گیرند.


اجتماع بلورها

اجتماع بلورها به دو صورت اجتماع منظم و نامنظم مشاهده می‌شود:

• اجتماع نامنظم :
  
  در این نوع ، اجتماع بلورها در جهات مختلف بدون رعایت نظم و ترتیب صورت می‌گیرد. مثلا در یک توده نبات یا در اختلاط گچ زنده با آب می‌بینیم که گچ می‌بندد. سخت و یکپارچه شدن این ماده به علت تبلور مجدد بلورهای ژیپس و چسبیدن آنها به یکدیگر صورت می‌گیرد.
• اجتماع منظم :
  
  هرگاه در زمان تشکیل و نمو بلورها ، شرایط مناسب باشد، نطفه‌های بلور بطور اتفاقی در کنار هم نمی‌گیرند، بلکه طبق قواعد معین با نظم و ترتیب خاصی با یکدیگر ، رشد و نمو خواهند نمود. صورتهای مختلف اجتماع منظم بلورها عبارتند از:
  • اجتماع کروی (اسفرولیتی) :
    
    اگر تبلور ماده مذاب سریع صورت بگیرد و تعداد مراکز تبلور کم باشد، بلورها به شکل سوزنهای باریک و به صورت دستجات کروی و جدا از هم تشکیل می‌شوند، مانند بلورهای سوزنی شکل طلا و کلرور پتاسیم که در سیستم کوپیک متبلور می‌شوند.
  • اجتماع موازی :
    
    در این گونه تجمع ، بلورها بطور موازی در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند و دارای سطوح مشترکی می‌باشند. در اجتماع موازی بلورها معمولا بلورهای هم‌جنس شرکت دارند، مانند بلور کوارتز.
  • اجتماع بلورهای غیرهم‌جنس :
    
    علاوه بر بلور هم‌جنس ، بلورهای غیرهم‌جنس نیز به نوبه خود تشکیل اجتماع منظم و یا جهت‌دار می‌دهند. این نوع اجتماعات بر پایه تشکیل نطفه بلوری بر روی بلور دیگری قرار دارد، به نحوی که سطح مشترک بین دو بلور از نظر ساختمان شبکه‌ای مشابه باشند. برای مثال ، اغلب بر روی بلورهای ورقه‌ای هماتیت بلورهای سوزنی شکل روتیل نمو نموده‌اند و در پگماتیتها بلورهای کوارتز در داخل بلور ارتوز به صورت اجتماع موازی دیده می‌شود.

اختصاصات مواد متبلور

اجسام متبلور به خاطر داشتن شکل مخصوص ، سختی ، خاصیت ارتجاعی ، مقاومت محدود در مقابل حرارت و فشار و نقطه ذوب از مایعات و گازها متمایز می‌شوند. بعضی از مواد متبلور مانند پارافین نرم هستند و اجسامی مانند شیشه و پلاستیک هرچند که جامدند، ولی متبلور نمی‌باشند. بلورها اجسامی همگن و ان‌ایزوتوپ هستند. ان‌ایزوتوپ بودن بلور به این علت است که اختصاصات فیزیکی مانند سرعت انتشار حرارت و نور یا درجه سختی و غیره در جهات موازی آنها برابر می‌باشد و در جهات مختلف نابرابر می‌باشد.


رنگ بلورها

هرگاه بخش اعظم نور از بلور عبور کند و فقط مقدار کمی از آن جذب گردد، بلور شفاف دیده می‌شود و چنانچه مقدار نور جذب شده و نوری که از بلور عبور می‌کند، تقریبا برابر باشد، بلور نیمه شفاف به نظر می‌رسد. در صورتی که اگر تمام نور وارده جذب گردد، بلور تیره دیده می‌شود. هرگاه جذب نور برای طول موجهای مختلف متفاوت باشد، بلور رنگی بنظر می‌رسد.

بعضی از بلورها دارای رنگهای مشخص هستند، مثلا مالاکیت دارای رنگ سبز و ازوریت دارای رنگ آبی آسمانی می‌باشد. تعدادی از بلورها در اصل بی‌رنگ می‌باشند، ولی در اثر وجود ناخالصی و یا پیگمان به رنگهای مختلفی دیده می‌شوند. مثلا کوارتز بی‌رنگ بوده، ولی در اثر ناخالص دارای رنگهای سفید ، بنفش ، دودی ، زرد ، صورتی و سیاه می‌باشد و یا وجود کروم به صورت پیگمان در کروندوم باعث رنگ قرمز آن می‌شود.


برخی از کاربردهای بلورها

• بلورهای
  
  و نظایر آنها در ساختن وسایل نوری بکار می‌روند.
• بلورهائی با خاصیت پیروالکتریسته مثل
  
  در صنعت الکترونیک کاربرد دارند.
• بلورهای SiC در تهیه ترانزیستور و روبین یا یاقوت در تهیه اشعه لیزر مورد استفاده قرار می‌گیرند.
  
  بلورها برحسب نوع ذرات تشکیل دهنده و نیروهای نگه دارنده این ذرات به چهار نوع بلورهای یونی ، مولکولی ، کووالانسی (مشبک) ، فلزی گروه بندی می‌شوند.