인공 수정의 주요 응용 분야. 집에서 성장하는 루비 크리스탈 인공 크리스탈
고대부터 인류는 수정을 사용해 왔습니다. 처음에 이것들은 치유와 명상을 위한 도구이자 수단으로 사용된 천연 수정이었습니다. 나중에는 희귀한 돌과 귀금속이 현금 역할을 하기 시작했습니다. 20세기의 기본적인 과학적 연구와 발견으로 인공 결정체를 얻는 방법을 개발하고 응용 분야를 크게 확장할 수 있었습니다.
단결정은 연속적인 결정 격자와 성질의 이방성을 갖는 균질한 결정이다. 단결정의 외부 형태는 원자 결정 구조 및 결정화 조건에 따라 다릅니다. 단결정의 예로는 석영, 암염, 아이슬란드 스파, 다이아몬드, 토파즈의 단결정이 있습니다.
결정 성장 속도가 높으면 단결정이 많은 다결정이 형성됩니다. 고순도 물질의 단결정은 제조 방법에 관계없이 동일한 특성을 갖습니다.
오늘날 단결정을 얻는 방법은 증기상, 액체상(용액 및 용융물) 및 고체상 등 약 150가지가 있습니다.
고온재료 및 분말야금학과에서는 육붕화란탄의 단결정과 이를 기반으로 하는 다양한 공융합금의 단결정을 성장시키는 마지막 방법을 사용합니다. 이러한 화합물의 단결정은 방출 기술에 사용되는 음극을 생산하는 데 사용됩니다.
전기 공학 및 전자공학의 발달로 인해 단결정의 사용이 해마다 증가하고 있습니다. 고순도 단결정 재료로 만들어진 부품은 라디오에서 대형 전자 계산기에 이르기까지 모든 새로운 전자 장치 모델에서 볼 수 있습니다.
이 기술에는 천연 결정의 속성 집합이 부족하므로 과학자들은 생성하는 복잡한 기술적 방법을 개발했습니다. 수정같은유사한 결정 격자를 갖는 교대 결정의 초박막 층(단위에서 수십 나노미터)을 성장시켜 중간 특성을 갖는 물질 - 에피택시 방법. 이러한 결정을 광자 결정이라고 합니다.
광자 결정에는 금지된 에너지 밴드가 있습니다. 이는 결정에 침투하여 용해될 수 없는 광자의 에너지 값입니다. 빛 양자의 에너지가 허용되는 값을 가지면 결정을 성공적으로 통과할 것입니다. 즉, 광자 결정은 특정 에너지 값을 가진 광자를 통과시키고 다른 모든 광자는 걸러내는 광 필터 역할을 할 수 있습니다.
광결정은 굴절률이 변하는 공간축의 수에 의해 결정되는 3개의 군을 갖는다. 이 기준에 따라 결정은 1차원, 2차원 및 3차원으로 나뉩니다.
광자 결정의 잘 알려진 대표자는 금단의 에너지 영역의 존재로 인해 정확하게 나타나는 놀라운 색상 패턴을 가진 오팔입니다.
인조 사파이어의 단결정은 다이아몬드보다 경도가 약간 낮고 내스크래치성이 높아 전자 기기(태블릿, 스마트폰 등)의 보호막으로 사용할 수 있다. 초크랄스키법을 적용하면 거대한 인공 사파이어 단결정을 얻을 수 있습니다.
오늘날 과학자들은 점점 더 나노결정에 대해 이야기하고 있습니다. 나노결정은 나노결정의 유형과 제조 방법에 따라 1~10nm의 크기를 가질 수 있습니다. 일반적으로 세라믹 및 금속의 경우 100nm, 다이아몬드 및 흑연의 경우 50nm, 반도체의 경우 10nm입니다. 나노결정의 크기는 친숙한 물질의 특이한 특성의 출현에 영향을 미칩니다.
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페티소프 니콜라이
우리 주변의 세계는 수정으로 이루어져 있으며 우리는 수정의 세계에 살고 있다고 말할 수 있습니다. 주거용 건물 및 산업 구조물, 비행기 및 로켓, 모터 선박 및 디젤 기관차, 암석 및 광물은 결정체로 구성됩니다. 우리는 수정을 먹고, 수정으로 치유하며, 부분적으로 수정으로 만들어집니다.
그래서 크리스탈은 무엇입니까? 그들은 어떤 속성을 가지고 있습니까? 크리스탈은 어떻게 자라나요? 그것들은 현재 어떻게 그리고 어디에서 사용되고 있으며 미래에 사용될 전망은 무엇입니까? 이러한 질문에 관심이 있었고 그에 대한 답을 찾으려고 노력했습니다.
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시사:
11 KUZNETSK 지구 "열린 세계"의 과학 및 실제 회의
물리학과
인공 수정의 주요 응용 분야
8학년 학생이 완성
페티소프 니콜라이
머리 Sizochenko A.I.,
물리학 교사
시립 일반 교육
기관
"주요 일반 교육
학교 번호 24 "
노보쿠즈네츠크, 2014
서론 ........................................................................................... 2
1. 주요부
1.1. 수정의 개념 ........................... .. .. .. .. ..4
1.2. 단결정 및 다결정 .............................................. 4
1.3. 결정 성장 방법 ........................................... 5
1.4. 크리스탈 애플리케이션 ........................... .... ... ... 7
2. 실용적인 부분
2.1. 집에서 성장하는 결정체
조건 ........................................................................................... 9
3. 결론 ........................................................................................... 11
참고 문헌 ........................................................................................................... 13
부록 ........................................................................................... ..14-15
소개
마법의 조각가처럼
라이트 크리스탈 패싯
무색 용액을 조각합니다.
N.A. 모로조프
우리 주변의 세계는 수정으로 이루어져 있으며 우리는 수정의 세계에 살고 있다고 말할 수 있습니다. 주거용 건물 및 산업 구조물, 비행기 및 로켓, 모터 선박 및 디젤 기관차, 암석 및 광물은 결정체로 구성됩니다. 우리는 수정을 먹고, 수정으로 치유하며, 부분적으로 수정으로 만들어집니다.
결정은 가장 작은 입자가 특정 순서로 "포장"된 물질입니다. 결과적으로 결정이 성장하는 동안 표면에 평평한 면이 자발적으로 나타나며 결정 자체가 다양한 기하학적 모양을 취합니다.
Academician A.E.의 성명서 Fersman “거의 전 세계가 수정체입니다. 크리스탈은 세계를 지배하고 그 엄격한 직선 법칙은 "이 연구 대상에 대한 전 세계 과학자들의 과학적 관심과 일치합니다.
현대 산업은 다양한 결정 없이는 할 수 없습니다. 시계, 트랜지스터 수신기, 컴퓨터, 레이저 등에 사용됩니다. 위대한 실험실 - 자연 -은 더 이상 기술 개발의 요구를 충족시킬 수 없으며 이제 인공 수정은 작고 거의 보이지 않으며 무게가 몇 킬로그램에 달하는 특수 공장에서 재배됩니다.
사람들은 많은 보석을 인위적으로 얻는 법을 배웠습니다. 예를 들어 시계 및 기타 정밀 기기의 베어링은 오랫동안 인공 루비로 만들어졌습니다. 그들은 자연에 전혀 존재하지 않는 인공적이고 아름다운 결정인 큐빅 지르코니아를 얻습니다. 입방 지르코니아는 눈으로 다이아몬드와 구별하기 어렵습니다. 빛 속에서 너무 아름답게 재생됩니다.
그래서 크리스탈은 무엇입니까? 그들은 어떤 속성을 가지고 있습니까? 크리스탈은 어떻게 자라나요? 그것들은 현재 어떻게 그리고 어디에서 사용되고 있으며 미래에 사용될 전망은 무엇입니까? 이러한 질문에 관심이 있었고 그에 대한 답을 찾으려고 노력했습니다.
내 작업은 연구이며 구현에서 물리학, 화학, 생물학, 컴퓨터 과학과 같은 여러 학문적 주제에 대한 지식이 사용됩니다. 내 활동의 결과로 저는 물리학 및 화학 수업에서 시각 보조 자료로 사용할 수 있는 "결정체 및 그 응용" 프레젠테이션을 만들고 황산구리와 염화나트륨으로 결정을 성장시켰습니다.
표적:
인공 결정의 주요 적용 분야를 결정하고 특수 장비를 사용하지 않고 염화나트륨 및 황산동 결정 성장 가능성을 경험적으로 테스트하십시오.
이 목표를 달성하기 위해 다음이 내 앞에 섰습니다.
작업:
- 문학 및 인터넷 출처에서 크리스탈과 그 속성에 대한 자료를 수집하십시오.
- 황산구리 및 염화나트륨의 성장 결정에 대한 실험을 수행합니다.
- 결정에 관한 자료를 체계화하기 위해: 인공 결정의 사용 및 성장 방법.
- 교육 목적으로 "결정체 및 응용 프로그램" 프레젠테이션을 만듭니다.
- 주요 부분
- 크리스탈 컨셉
결정 (그리스어. krystallos에서 - "투명한 얼음") 처음에는 알프스에서 발견된 투명한 석영(바위 수정)이라고 불렀습니다. 암석 결정은 얼음으로 만들어졌으며 더 이상 녹지 않을 정도로 추위에서 단단해졌습니다. 초기에 결정체의 주요 특징은 투명도에서 보였으며 이 단어는 모든 투명한 천연 고체에 적용하는 데 사용되었습니다. 나중에 유리가 생산되기 시작했는데, 이는 천연 물질에 비해 광채와 투명도가 열등하지 않았습니다. 이러한 유리로 만든 항목을 "수정"이라고도 합니다. 오늘날에도 특수 투명 유리를 수정이라고 하고 점쟁이의 "마법" 구슬을 수정 구슬이라고 합니다.
암석 수정 및 기타 많은 투명 광물의 놀라운 특징은 부드럽고 평평한 모서리입니다. 17세기 말. 배열에 일정한 대칭이 있고 일부 불투명한 광물이 자연적으로 규칙적으로 잘리는 것이 발견되었습니다. 그 모양이 내부 구조와 관련이 있을지도 모른다는 직감이 있었다. 결국, 결정체는 자연스러운 플랫 컷을 가진 모든 솔리드라고 불리기 시작했습니다.
병기고에는 러시아 황제의 옷과 왕관이 있으며 모두 수정-보석-자수정으로 덮여 있습니다. 교회에서는 아이콘과 제단이 자수정으로 장식되었습니다.
가장 유명한 결정체는 다이아몬드로 절단 후 다이아몬드로 변합니다. 사람들은 수세기 동안 이 돌의 신비를 풀기 위해 노력해 왔으며 다이아몬드가 탄소의 일종이라는 것이 입증되었을 때 아무도 그것을 믿지 않았습니다.
결정적인 실험은 1772년 프랑스 화학자 Lavoisier에 의해 수행되었습니다. 자연에서 다이아몬드는 매우 높은 온도와 압력에서 지구의 창자에서 형성됩니다. 과학자들은 200년 후에 흑연에서 다이아몬드를 얻을 수 있는 조건을 실험실에서 만들 수 있었습니다. 현재 수십 톤의 인공 다이아몬드가 생산되고 있습니다. 그 중에는 장신구용 다이아몬드도 있지만 대부분은 다양한 도구를 만드는 데 사용됩니다.
- 단결정 및 다결정
결정체는 단결정 및 다결정이 될 수 있습니다. 단결정은 거시적으로 정렬된 결정 격자를 갖는 단결정입니다. 기하학적으로 정확한 외부 모양을 가지고 있지만 이 기능은 선택 사항입니다.
다결정은 혼돈 방향의 작은 결정으로 서로 상호 성장한 결정체입니다.
- 결정 성장 방법
실험실에서 결정은 원하는 특성을 제공하는 신중하게 제어된 조건에서 성장하지만 원칙적으로 실험실 결정은 용액, 용융물 또는 증기와 같은 자연에서와 같은 방식으로 형성됩니다. 따라서 Rochelle 염의 압전 결정은 대기압의 수용액에서 성장합니다. 광학 석영의 큰 결정도 용액에서 성장하지만 350-450의 온도에서영형 C 및 140 MPa의 압력. 루비는 2050년 온도에서 녹인 산화알루미늄 분말로부터 대기압에서 합성됩니다.영형 C. 연마제로 사용되는 탄화규소의 결정은 전기로의 흄에서 얻습니다.
실험실에서 얻은 첫 번째 단결정은 루비였습니다. 루비를 얻기 위해, 가성 칼륨과 바륨 플루오라이드 및 2-크롬 염의 혼합물을 다소간 함유하는 무수 알루미나의 혼합물을 가열하였다. 후자는 루비의 색을 내기 위해 첨가되며, 소량의 알루미나를 취한다. 혼합물을 점토 도가니에 넣고 최대 1500℃의 온도에서 반사로에서 가열합니다(100시간에서 8일).영형 C. 실험이 끝나면 도가니에 결정 덩어리가 나타나고 벽이 아름다운 분홍색 루비의 결정으로 덮여 있습니다.
합성 보석 결정을 성장시키는 두 번째 일반적인 방법은 Czochralski 방법입니다. 그것은 다음으로 구성됩니다. 돌이 결정화되어야 하는 물질의 용융물을 내화 금속(백금, 로듐, 이리듐, 몰리브덴 또는 텅스텐)으로 만든 내화 도가니에 넣고 고주파 인덕터에서 가열합니다. . 미래 수정의 재료로 만들어진 종자는 풀아웃 롤러에서 용융물로 낮아지고 합성 재료가 필요한 두께로 그 위에 쌓입니다. 종자가있는 샤프트는 30-150 rpm의 회전 속도로 동시 성장과 함께 1-50 mm / h의 속도로 점차 위쪽으로 당겨집니다. 샤프트를 돌려 용융 온도를 균일하게 하고 불순물이 고르게 분포되도록 합니다. 결정의 직경은 최대 50mm, 길이는 최대 1m이며 합성 강옥, 스피넬, 석류석 및 기타 인공 석재는 Czochralski 방법으로 재배됩니다.
결정은 증기가 응축되는 동안에도 성장할 수 있습니다. 이것이 차가운 유리에서 눈송이 패턴을 얻는 방법입니다. 활성 금속의 도움으로 염 용액에서 금속을 대체하면 결정도 형성됩니다. 예를 들어, 철 못을 황산구리 용액에 담그면 구리의 붉은 층으로 덮일 것입니다. 그러나 생성된 구리 결정은 너무 작아서 현미경으로만 볼 수 있습니다. 손톱 표면에서 구리는 매우 빠르게 방출되므로 결정이 너무 작습니다. 그러나 프로세스를 늦추면 결정이 커집니다. 이를 위해 황산구리는 두꺼운 식염층으로 덮여 있어야하며 그 위에 여과지 원을 놓고 그 위에 직경이 약간 작은 철판을 올려야합니다. 포화 염화나트륨 용액을 용기에 붓는 것이 남아 있습니다. 황산구리는 소금물에 천천히 용해됩니다. 구리 이온(녹색 복합 음이온 형태)은 여러 날에 걸쳐 매우 천천히 위쪽으로 확산됩니다. 컬러 테두리의 움직임으로 과정을 관찰할 수 있습니다. 철판에 도달하면 구리 이온이 중성 원자로 환원됩니다. 그러나 이 과정이 매우 느리기 때문에 구리 원자가 아름다운 반짝이는 결정으로 정렬됩니다. 때때로 이러한 결정은 가지 - 수상 돌기를 형성합니다.
- 크리스탈 사용.
천연 수정은 항상 사람들의 호기심을 불러일으켰습니다. 그들의 색상, 광채 및 모양은 인간의 미적 감각에 영향을 미치며 사람들은 그들 자신과 집을 장식했습니다. 미신은 오랫동안 수정과 관련이 있습니다. 부적으로서 그들은 소유자를 악령으로부터 보호할 뿐만 아니라 초자연적인 힘을 부여해야 했습니다. 나중에 같은 광물이 보석처럼 잘려지고 연마되기 시작했을 때 부적에는 "행운"과 "그들의 돌"이 태어난 달에 해당하는 많은 미신이 보존되었습니다. 오팔을 제외한 모든 천연 보석은 결정체이며 다이아몬드, 루비, 사파이어 및 에메랄드와 같은 많은 보석이 아름답게 절단 된 결정체로 보입니다.크리스탈 주얼리그들은 신석기 시대만큼 지금 인기가 있습니다.
광학 법칙에 따라 과학자들은 연삭 및 연마로 렌즈를 만들 수 있는 투명하고 무색이며 결함이 없는 광물을 찾고 있었습니다. 무색 석영의 결정은 필요한 광학 및 기계적 특성을 가지고 있으며,안경을 포함한 첫 번째 렌즈, 그들로부터 만들어졌습니다. 인공 광학 유리가 등장한 후에도 수정의 필요성은 완전히 사라지지 않았습니다. 자외선과 적외선을 투과하는 석영, 방해석 및 기타 투명 물질의 결정은 여전히 광학 장치의 프리즘 및 렌즈 제조에 사용됩니다.
크리스탈은 20세기의 많은 기술 혁신에서 중요한 역할을 했습니다. 일부 결정은 변형될 때 전하를 생성합니다. 그들의 첫 번째 중요한 응용 프로그램은석영 수정 안정화 기능을 갖춘 무선 주파수 발생기 제조.고주파 발진 회로의 전기장에서 석영 판을 진동시킴으로써 수신 또는 송신 주파수를 안정화할 수 있습니다.
반도체 다이오드는 컴퓨터와 통신 시스템에 사용되며, 트랜지스터는 무선 공학에서 진공관을 대체했으며 우주선의 외부 표면에 배치된 태양 전지는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 반도체는 AC/DC 컨버터에도 널리 사용됩니다.
압전 특성을 가진 수정은 라디오 및 라디오 송신기, 픽업 헤드 및 소나에 사용됩니다. 일부 결정은 광선을 변조하고 다른 결정은 전압이 인가될 때 빛을 생성합니다. 크리스탈 사용 목록은 점점 늘어나고 있습니다.
인공 수정.오랫동안 인간은 자연 상태에서 발견되는 것만큼 귀중한 돌을 합성하는 꿈을 꾸었습니다. 20세기까지. 그러한 시도는 실패했습니다. 그러나 1902년루비와 사파이어를 얻을 수 있었다천연석의 성질을 가지고 있습니다. 이후 1940년대 후반에는합성 에메랄드, 그리고 1955년 제너럴 일렉트릭 회사와 소련 과학 아카데미의 물리학 연구소는 제조를 발표했습니다.인공 다이아몬드.
결정에 대한 많은 기술적 요구는 미리 결정된 화학적, 물리적 및 전기적 특성을 가진 결정을 성장시키는 방법에 대한 연구를 자극했습니다. 연구원들의 작업은 헛되지 않았으며 방법은 수백 가지 물질의 큰 결정을 성장시키는 것으로 나타났습니다. 자연에서 고체는 종종 정다면체의 형태로 발견됩니다. 그러한 몸을 결정체라고 불렀습니다. 결정의 물리적 특성에 대한 연구는 기하학적으로 정확한 모양이 결정의 주요 특징이 아님을 보여주었습니다.
이 연구 대상에 대한 전 세계 과학자 및 모든 지식 분야의 과학자들의 꺼지지 않는 과학적 관심과 완전히 일치합니다. 지난 세기의 60 년대 말에 현장에서 심각한 과학적 돌파구가 시작되었습니다.액정, 스위치 메커니즘을 정보의 시각적 표시 수단으로 대체하는 "표시기 혁명"을 일으켰습니다. 나중에 생물학적 결정 (DNA, 바이러스 등)의 개념이 과학에 들어 왔고 20 세기의 80 년대에는 광자 결정이되었습니다.
- 실용적인 부분
- 집에서 성장하는 결정체
성장하는 결정체는 매우 흥미로운 과정이지만 시간이 많이 걸리고 힘든 일입니다.
어떤 프로세스가 성장을 주도하는지 아는 것이 유용합니다. 왜 다른 물질은 다른 모양의 결정을 형성하고 일부는 전혀 형성하지 않는지; 그것들을 크고 아름답게 만들기 위해 해야 할 일.
나는 내 작업에서 이러한 질문에 대한 답을 찾으려고 노력했습니다.
결정화가 매우 느리게 진행되면 하나의 큰 결정(또는 단결정)이 얻어지고 빠르면 많은 작은 결정이 얻어집니다.
집에서 크리스탈 키우기 저는 다양한 방법으로 했습니다.
방법 1 ... 황산구리 포화 용액의 냉각. 온도가 감소하면 물질의 용해도가 감소하고 침전됩니다. 첫째, 작은 핵 결정이 용액과 용기 벽에 나타납니다. 냉각이 느리고 용액에 고체 불순물이 없으면 많은 핵이 형성되고 점차적으로 규칙적인 모양의 아름다운 결정으로 변합니다. 급속 냉각으로 많은 작은 결정이 나타나며 많은 결정이 성장하고 서로 간섭하기 때문에 올바른 모양이 거의 없습니다.
황산구리에서 결정을 성장시키기 위해 과포화 용액을 만들었습니다.
1. 이렇게 하기 위해 따뜻한 물에 vitriol을 녹이고 더 이상 녹지 않을 때까지 부었습니다.
2. 필터(거즈)를 통해 깨끗한 다른 용기에 부었습니다. 더러운 벽에 용액이 빠르게 결정화되는 것을 방지하기 위해 용기 위에 끓는 물을 부었습니다.
3. 씨를 준비합니다.
4. 그것을 실로 묶고 용액에 담그십시오.
결정이 모든 면에서 고르게 성장하기 위해서는 용액에 시드(작은 결정)를 부유 상태로 유지하는 것이 좋습니다. 이를 위해 유리 막대로 점퍼를 만들었습니다. 그건 그렇고, 불필요한 작은 결정이 형성되지 않도록 부드럽고 가느다란 실을 사용하는 것이 좋습니다. 그런 다음 용액을 따뜻한 곳에 두었습니다. 느린 냉각은 매우 중요합니다(큰 결정을 얻기 위해). 결정화는 몇 시간 이내에 볼 수 있습니다. 주기적으로 포화 용액을 변경하거나 갱신하고 스레드에서 작은 결정을 청소해야 합니다. (부록 1)
방법 2 - 포화 용액에서 점차적으로 물을 제거합니다.
이 경우 물이 제거되는 속도가 느릴수록 더 좋은 결과를 얻을 수 있습니다. 나는 실온에서 14 일 동안 식염 (식염) 용액으로 용기를 열어두고 종이로 덮었습니다. 물은 천천히 증발하고 먼지는 용액에 들어 가지 않았습니다. 성장하는 결정은 얇고 강한 실의 포화 용액에 현탁되었습니다. 결정은 크지만 형태가 없는 것으로 판명되었습니다. (부록 1)
성장하는 크리스탈은 재미있는 과정이지만 작업에 대한 신중하고 신중한 태도가 필요합니다. 이론상 이런 식으로 집에서 키울 수 있는 결정체의 크기는 무한하다. 열광자들이 동지들의 도움이 있어야만 들어올릴 수 있는 크기의 수정을 받은 경우가 있습니다.
그러나 불행히도 보관에는 몇 가지 특성이 있습니다. 예를 들어, 명반의 결정을 건조한 공기 중에 열어 두면 포함되어 있던 수분을 점차 잃어 버리고 형체를 알 수 없는 회색 가루로 변합니다. 파괴로부터 보호하기 위해 무색 바니시로 덮을 수 있습니다. 황산구리와 식염은 내성이 더 강하고 안전하게 작업할 수 있습니다.
작년 7학년 때 화학 수업에서 "물질에 일어나는 현상"이라는 주제를 공부하면서 결정을 성장시켰는데, 그 중 많은 부분이 성공하지 못했습니다. 올해 나는 7학년 아이들에게 이 일을 어떻게 해야 제대로 대처할 수 있을지 제안했고, 그렇게 했다(부록 2 참조).
결론
결정이 널리 사용되는 모든 물리적 특성은 구조, 즉 공간 격자에 따라 다릅니다.
현재 고체 상태의 결정과 함께 액정이 널리 사용되며 가까운 장래에 광자 결정 기반 장치를 사용할 것입니다.
나는 가정에서 결정을 성장시키는 가장 적합한 방법과 소금과 황산동의 결정을 성장시키는 방법을 선택했습니다. 결정이 자라면서 그는 관찰을 하고 변화를 기록했습니다.
수정은 아름답고 일종의 기적이라고 할 수 있습니다. 그들은 스스로를 끌어당깁니다. 그들은 순수한 영혼을 가진 사람에 대해 똑같은 "수정 영혼의 남자"라고 말합니다. 크리스탈은 다이아몬드처럼 빛으로 빛나는 것을 의미합니다. 그리고 철학적 태도로 수정에 대해 이야기하면 생물과 무생물 사이의 중간 연결고리인 물질이라고 할 수 있습니다. 수정은 태어나고, 늙고, 파괴될 수 있습니다. 수정은 종자(배아에서)에서 자랄 때 바로 이 배아의 결함을 물려받습니다. 그러나 지금은 아주 진지하게 말하면 크리스탈 없이는 할 수 있는 과학 기술의 단일 영역이 아닌 모든 분야의 이름을 지정하는 것은 불가능합니다. 의사들은 신장 결석의 결정 형성이 일어나는 환경에 관심이 있고, 정제의 약사는 압축된 결정입니다. 정제의 동화, 용해는 이러한 미세 결정이 코팅된 면에 따라 다릅니다. 비타민, 신경의 수초, 단백질, 바이러스는 모두 결정체입니다.
크리스탈은 그 속성이 기적적이며 다양한 기능을 수행합니다. 이러한 특성은 격자 3차원 구조를 갖는 구조에 내재되어 있습니다. 결정학은 새로운 과학이 아닙니다. M.V. Lomonosov는 그 기원에 서 있습니다. 결정의 성장은 자연 조건에서 결정 형성에 대한 광물학 데이터 연구 덕분에 가능해졌습니다. 결정의 성질을 연구하고 결정이 자라는 구성과 성장 조건을 결정했습니다. 그리고 이제 이러한 과정을 모방하여 원하는 특성을 가진 결정을 얻습니다. 화학자와 물리학자는 결정을 얻는 데 관여합니다. 전자는 성장을 위한 기술을 개발하고 후자는 속성을 결정합니다. 인공 수정은 천연 수정과 구별할 수 있습니까? 예를 들어, 인공 다이아몬드는 광채를 포함하여 품질면에서 여전히 천연 다이아몬드보다 열등합니다. 인공 다이아몬드는 보석에 기쁨을 주지는 않지만 기술에 사용하기에 매우 적합합니다. 이런 의미에서 천연 다이아몬드와 동등한 위치에 있습니다. 다시 말하지만, 뻔뻔스러운 재배자들(인공 크리스탈을 재배하는 화학자라고 부름)은 매우 내구성이 강한 최고의 크리스탈 바늘을 재배하는 법을 배웠습니다. 이것은 매체의 화학적 성질, 온도, 압력 및 기타 추가 조건의 영향을 조작하여 달성됩니다. 그리고 이것은 이미 전체 예술, 창의성, 기술입니다. 정확한 과학은 여기에 도움이되지 않습니다.
"Crystals"라는 주제는 관련이 있으며, 이에 대해 더 깊이 파고들면 모든 사람에게 흥미로울 것이며 많은 질문에 대한 답변을 제공할 것이며 가장 중요한 것은 크리스탈의 무제한 사용이 될 것입니다. 수정은 본질적으로 불가사의하고 매우 비범하기 때문에 내 작업에서 현재 수정과 그 사용에 대해 알려진 것 중 극히 일부만을 설명했습니다. 물질의 결정체는 무기계와 생물계를 하나로 묶는 단계일지도 모른다. 최신 기술의 미래는 결정체와 결정체 집합체에 달려 있습니다!
내 연구에 따르면 다음과 같은 결과를 얻었습니다.결론:
- 인공적으로 성장한 결정체는 의학, 무선 공학, 항공기 건설, 광학 등 다양한 분야에서 사용됩니다.
- 인공 결정을 얻는 기간은 자연 형성 과정보다 훨씬 짧습니다. 더 쉽게 사용할 수 있습니다.
- 집에서는 짧은 시간에도 결정체를 키울 수 있습니다.
서지
- 화학. 입문 과정. 7학년: 교과서. 매뉴얼 / OS 가브리엘리안, I.G. 오스트로모프, A.K. 아클레비닌. - 6판, 남: Bustard, 2011.
- 화학. 7학년: 교과서 OS용 워크북 Gabrielyan et al. “Chemistry. 입문 과정. 7 학년 "/ O.S. 가브리엘리안, G.A. 시파레바. - 3 판., - M .: Bustard, 2011.
- Landau L.D., Kitaygorodsky A.I. 모두를 위한 물리학, 2권. 분자.- M., 1978.
- 젊은 화학자의 백과 사전. / 비교 V.A. Kristman, V.V. Stanzo.-M., 1982.
- 어린이를 위한 백과사전. 4권. 지질학. / 비교 성. Ismailova.-M., 1995.
- 인터넷 리소스:
http://www.krugosvet.ru - 전 세계 백과사전.
http://ru.wikipedia.org/ - 위키피디아 백과사전.
http://www.kristallikov.net/page6.html - 크리스탈을 성장시키는 방법.
부록 1.
관찰일기
데이트 | 관찰 | 사진 |
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소금 | 황산구리 | 소금 | 구리 쿠파로 |
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24.01.14. | 종자를 용액으로 내리기 전에. 길이: 5mm 폭: 5mm | 우리는 와이어 루프를 만들고 매달아 솔루션으로 내립니다. | ||
27.01.14. | 길이: 11mm 폭: 7mm | 길이: 12mm 폭: 10mm | ||
30.01.14. | 길이: 20mm 폭: 10mm | 길이: 18mm 폭: 13mm | ||
3.02.14. | 결정 형성이 용액 경계를 넘어섰습니다. | 길이: 25mm 폭: 15mm | ||
6.02.14. | 결정은 크지만 형태가 없는 것으로 판명되었습니다. | 길이: 30mm 폭: 20mm | ||
부록 2
7학년이 키운 크리스탈
슬라이드 캡션:
결정의 적용
장식물
렌즈
준비된 씨앗
표적
: 인공 결정의 주요 응용 분야를 결정하고 특별한 장비를 사용하지 않고 염화나트륨 및 황산구리 결정의 성장 가능성을 경험적으로 테스트합니다.
작업:
결정과 그 속성에 대한 자료를 수집하십시오.
황산구리 및 염화나트륨의 성장 결정에 대한 실험을 수행합니다.
결정에 관한 자료를 체계화하기 위해: 결정의 물리적 특성과 그 응용.
"Crystals and its Applications" 프레젠테이션을 만드십시오.
2. 더 많은 활성 금속의 도움으로 염 용액에서 금속의 변위.
필터를 통해 용액을 통과
관심을 가져주셔서 감사합니다.
인공 수정의 주요 응용 분야
8학년 학생이 완성
페티소프 니콜라이
감독자
시조첸코
일체 포함. ,
물리학 교사
시립 일반 교육
기관
"주요 일반 교육
학교 번호 24 "
노보쿠즈네츠크, 2014
결론
인공적으로 성장한 결정체는 의학, 전파공학,
항공기 기계
구조, 광학 및 기타 여러 가지.
인공 결정을 얻는 기간은 자연 형성 과정보다 훨씬 짧습니다. 더 쉽게 사용할 수 있습니다.
집에서는 짧은 시간에도 결정체를 키울 수 있습니다.
결정 성장 방법
방법
초크랄스키
- 도가니
방법:
녹다
물질
결정화해야 하는
내화성으로 배치된 돌
도가니
내화 금속(백금, 로듐,
이리듐
, 몰리브덴 또는 텅스텐) 및 가열
고주파
인덕터.
(보석: 루비)
점토 도가니
집에서 성장하는 결정체
방법 1
: 포화 용액의 서냉
과포화 용액 준비
다결정
단결정
7학년이 키운 크리스탈
액정
크리스탈
견고하다
물질,
자연스러운
외형
정대칭 다면체
설립
에
그들의 내부
구조
반도체 다이오드, 트랜지스터, 태양전지
방법 2:
포화 용액에서 물을 점진적으로 제거
V
이 경우 물이 제거되는 속도가 느릴수록 더 좋은 결과를 얻을 수 있습니다.
배를 떠나야 한다
요리 솔루션으로
소금,
종이 한 장으로 덮기 - 물 동안
증발하다
천천히, 그리고 솔루션에 먼지가
폭포.
결정
크지만 형태가 없는 것으로 밝혀졌습니다.
인공 수정
오랫동안 인간은 자연 상태에서 발견되는 것만큼 귀중한 돌을 합성하는 꿈을 꾸었습니다. XX 세기까지. 그러한 시도는 실패했습니다. 그러나 1902년에 천연석의 성질을 지닌 루비와 사파이어가 얻어졌습니다. 나중에 1940년대에 에메랄드가 합성되었고 1955년에 General Electric Company와 소련 과학 아카데미의 물리학 연구소에서 인공 다이아몬드 생산을 발표했습니다.
결정에 대한 많은 기술적 요구는 미리 결정된 화학적, 물리적 및 전기적 특성을 가진 결정을 성장시키는 방법에 대한 연구를 자극했습니다. 연구원들의 작업은 헛되지 않았으며 방법은 수백 가지 물질의 큰 결정을 성장시키는 것으로 나타났습니다. 실험실에서 결정은 원하는 특성을 제공하는 신중하게 제어된 조건에서 성장하지만 원칙적으로 실험실 결정은 용액, 용융물 또는 증기와 같은 자연에서와 같은 방식으로 형성됩니다. 따라서 Rochelle 염의 압전 결정은 대기압의 수용액에서 성장합니다. 광학 석영의 큰 결정도 용액에서 성장하지만 350-450 o C의 온도와 140 MPa의 압력에서 성장합니다. 루비는 2050 o C의 온도에서 녹인 산화알루미늄 분말로부터 대기압에서 합성됩니다. 연마제로 사용되는 탄화규소 결정은 전기로의 증기에서 얻습니다.
장치에서 액정의 사용
정보 표시
그 당시 액정의 존재는 일종의 호기심처럼 보였고, 거의 백 년 후에 기술 응용 분야에서 큰 미래가 있을 것이라고 아무도 예상하지 못했습니다. 따라서 발견 직후 액정에 대한 약간의 관심이 있은 후 잠시 후에는 거의 잊혀졌습니다.
19세기 후반과 20세기 초반에 많은 존경받는 과학자들은 Reinitzer와 Lehmann의 발견에 대해 매우 회의적이었습니다. 사실은 설명된 액정의 상반된 특성이 많은 당국에 매우 의심스러워 보였을 뿐만 아니라 다양한 액정 물질의 특성이 크게 다른 것으로 판명되었습니다. 일부 액정은 점도가 매우 높았고 다른 액정은 점도가 낮았습니다. 시간이 지남에 따라 액정에 대한 사실이 차츰 쌓여갔지만 액정의 개념에 일종의 체계를 세울 수 있는 일반적인 원리는 없었습니다. 현대 액정 분류의 기초를 만드는 장점은 프랑스 과학자 J. Friedel에 속합니다. 1920년대에 Friedel은 모든 액정을 두 개의 큰 그룹으로 나눌 것을 제안했습니다. 그는 한 그룹을 네마틱이라고 불렀고 다른 그룹을 스멕틱이라고 불렀습니다. 그는 또한 액정(중형상)에 대한 일반 용어를 제안했습니다. Friedel은 액정이 온도와 물리적 특성 모두에서 진정한 크리스탈과 액체 사이의 중간 위치를 차지한다는 점을 강조하고 싶었습니다. Friedel의 분류에서 네마틱 액정은 이미 언급한 콜레스테릭 액정을 클래스로 포함했습니다. 액정 중 가장 "결정성"인 것은 스메카틱입니다. 2차원 정렬은 스메카틱 결정의 특징입니다. 분자는 축이 평행하도록 배치됩니다. 더욱이, 그들은 "동일하다"라는 명령을 "이해"하고 스메카틱 평면에 정렬된 줄로 포장되고 네마틱 평면에 줄에 배치됩니다.
애플리케이션
액정의 분자 배열은 온도, 압력, 자기장과 같은 요인의 영향으로 변합니다. 분자 배열의 변화는 색상, 투명도 및 투과된 빛의 편광면을 회전시키는 능력과 같은 광학 특성의 변화로 이어집니다. 액정의 수많은 응용 프로그램이 이를 기반으로 합니다. 예를 들어, 색상 대 온도는 의료 진단에 사용됩니다. 일부 액정 물질을 환자의 신체에 적용함으로써 의사는 조직이 열을 많이 발생시키는 부위의 변색으로 영향을 받는 조직을 쉽게 식별할 수 있습니다. 색상의 온도 의존도를 통해 제품을 손상시키지 않고 품질을 제어할 수 있습니다. 금속 제품이 가열되면 내부 결함으로 인해 표면의 온도 분포가 변경됩니다. 이러한 결함은 액정 물질의 표면에 적용된 색상 변화에 의해 감지됩니다. 액정은 손목시계와 계산기 제조에 널리 사용됩니다. 얇은 액정 화면이 있는 평면 TV가 만들어지고 있습니다. 비교적 최근에는 액정 매트릭스를 기반으로 하는 탄소 및 고분자 섬유가 얻어졌습니다.
미래의 액정 응용
유도 광학 투명 필름. 액정을 기반으로 한 대형 평면 스크린의 대량 제작은 비원리적이고 기술적인 성격의 어려움에 직면하는 것으로 알려져 있습니다. 원칙적으로 그러한 스크린을 만들 가능성이 입증되었지만 현대 기술로 생산하는 복잡성으로 인해 비용이 매우 높은 것으로 판명되었습니다. 따라서 작은 크기의 액정 화면에서 얻은 이미지를 일반 화면에 필름 프레임이 있는 영화관에서와 같이 확대된 형태로 투영할 수 있는 액정 기반 투영 장치를 만드는 아이디어가 떠올랐습니다. . 그러한 장치는 액정층을 갖는 광반도체층을 포함하는 샌드위치 구조를 사용함으로써 액정 상에서 실현될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 광반도체의 도움으로 수행되는 액정의 이미지 기록은 광선에 의해 수행됩니다. 이미지 기록의 원리는 매우 간단합니다. 광반도체의 조명이 없는 상태에서는 전도도가 매우 낮기 때문에 광반도체층이 추가로 도입된 광전지의 전극에 인가되는 전위차는 거의 모두 이 광반도체층에 떨어진다. 이 경우 액정층의 상태는 전압이 없는 상태입니다. 광반도체에 조명을 비추면 빛이 추가 전류 캐리어(자유 전자 및 정공)를 생성하기 때문에 전도도가 급격히 증가합니다. 결과적으로 셀에 전압이 재분배됩니다. 이제 거의 모든 전압 강하가 액정 층을 가로 지르고 층의 상태, 특히 광학 특성이 적용된 전압의 값에 따라 변경됩니다. 따라서, 액정층의 작용에 의해 액정층의 광학적 특성이 변화한다.
우주 비행사를 위한 안경
전기 용접기용 마스크와 스테레오 TV용 안경에 대해 알게 되면서 우리는 이러한 장치에서 제어 가능한 액정 필터가 한 눈 또는 두 눈의 전체 시야를 한 번에 덮는다는 사실을 알게 되었습니다. 사람의 전체 시야를 겹칠 수 없는 동시에 시야의 개별 부분을 겹쳐야 하는 상황이 있습니다.
예를 들어, 우주 비행사는 매우 밝은 햇빛 아래에서 우주에서 작업하는 조건에서 그러한 필요성이 발생할 수 있습니다. 제어된 액정 필터는 전기 용접기용 마스크나 스테레오 텔레비전용 안경의 경우와 같이 이 문제를 해결할 수 있습니다. 이 안경에서 각 눈의 시야는 이제 하나의 필터가 아니라 독립적으로 제어되는 여러 필터로 덮여야 합니다. 예를 들어 필터는 안경 중앙에 동심원 고리 형태로 만들거나 안경에 줄무늬 형태로 만들 수 있습니다.
이러한 안경은 우주 비행사뿐만 아니라 많은 양의 기기가 있는 현대 항공기 조종사와 같은 다른 직업의 사람들에게도 유용할 수 있습니다. 그러한 안경은 또한 많은 양의 시각 정보의 인식과 관련된 작업자의 작업에 대한 생물 의학 연구에 매우 유용할 것입니다.
이러한 유형의 필터와 액정 표시기는 의심할 여지 없이 영화 및 사진 장비에서 폭넓게 적용되고 있습니다. 이러한 목적을 위해 제어하는 데 중요하지 않은 양의 에너지가 필요하고 많은 경우 장비에서 부품을 제외할 수 있다는 점에서 매력적입니다. 기계적 움직임을 수행합니다. 영화 및 사진 장비의 기계 부품은 무엇을 의미합니까? 이들은 조리개, 필터 - 광속 감쇠기 및 마지막으로 사진 필름의 움직임과 동기화되고 프레임별 노출을 보장하는 촬영 카메라의 광속 차단기입니다.
광자결정 XXI 세기 기술의 기반이 되는 학제 간 분야인 나노기술의 대상 중 하나입니다. 인간 활동의 모든 영역(정보학, 의학, 금속 기술 등). "광자 결정"이라는 용어는 XX 세기의 80 년대에 나타났습니다.
지난 10년 동안 물리학자 측과 주요 첨단 기술 기업 및 군산복합체 기업 측 모두에서 광결정 및 이를 기반으로 한 장치에 대한 관심이 높아졌습니다. 이러한 상황은 1960년대 집적 마이크로일렉트로닉스의 급속한 발전 시기와 비교되며, 이는 고전적인 마이크로일렉트로닉스의 회로와 유추하여 광학 마이크로회로를 생성할 가능성에 의해 결정된다. 새로운 유형의 재료(포토닉스)를 기반으로 정보를 저장, 전송 및 처리하는 근본적으로 새로운 방법에 대한 기회가 열렸습니다. 레이저 임계 값이 낮고 광 스위치가있는 새로운 유형의 레이저를 만들 계획입니다. 그러나 3차원 광자결정의 생성(즉, 기술의 근본적인 변화를 가져와야 함)은 다소 어려운 작업입니다.
광자 결정은 정보를 저장하고 처리하여 광자 트랩을 생성할 수 있는 놀라운 기회를 열어주었습니다. 이것은 주변 물질에 광 전도대가 없기 때문에 광자의 탈출이 금지되는 결정의 영역입니다. 상황은 유전체로 둘러싸인 대전 도체와 비교됩니다. 질량이 0인 "광자 정지"의 역설적 상황은 물리학 법칙과 모순되지 않습니다. 왜냐하면 우리는 주기적인 구조와 상호 작용하는 자유 광자에 대해 이야기하고 있지 않기 때문입니다. 그것은 이미 무거운 광자(heavy photon)라고 불렸습니다. 중광자는 메모리 소자, 광 트랜지스터 등에 사용될 예정이다.
두 번째는 가까운 장래에 이미 실제적이며 광결정의 적용 영역은 백열등의 효율을 한 차원 높이는 것입니다. 앞으로는 전자 기반 컴퓨터에 비해 많은 장점이 있는 포토닉스 기반 컴퓨터로 이동할 예정입니다.
2004년에 인공 역 오팔을 기반으로 한 레이저 생성에 대한 메시지가 나타났습니다. 직경 4.5nm의 카드뮴 셀레나이드 콜로이드 입자를 240-650mm 거리에 위치한 속이 빈 구체에 도입했습니다. 레이저 펄스의 도움으로 이러한 "인공 원자"는 여기 상태로 전환되었고 방출 시간을 제어할 수 있었습니다. 예를 들어 태양 전지의 경우 방출 지연이 있는 레이저를 사용하고 미니 레이저 및 발광 다이오드의 경우 가속 방출이 있는 레이저를 사용하는 것이 유리합니다.
보석의 기원과 구조
드문 예외를 제외하고 모든 보석은 광물의 세계에 속합니다. 그들의 기원과 구조를 기억합시다. 엄밀한 의미의 광물이 아닌 보석의 형성 조건(예: 호박, 산호 및 진주).
미네랄은 다양한 방식으로 생성될 수 있습니다. 일부는 지구의 창자에 있는 불 같은 액체 용해물과 가스 또는 지표면에서 분출한 화산 용암(마그마 광물)으로 형성됩니다. 다른 것들은 수용액에서 떨어지거나 지구 표면(퇴적 광물) 위(또는 그 근처)에 있는 유기체의 도움으로 자랍니다. 마지막으로 새로운 광물은 지각의 깊은 층(변성 광물)에서 고압과 고온의 영향으로 기존 광물이 재결정화되어 생성됩니다.
광물의 화학 조성은 공식으로 표시됩니다. 이 경우 불순물은 색조가 나타나더라도 광물의 색이 완전히 바뀔 때까지 고려되지 않습니다. 거의 모든 미네랄은 특정 형태로 결정화됩니다. 즉, 격자에서 원자의 규칙적인 배열을 가진 균일한 체 구성의 결정입니다. 결정체는 엄격한 기하학적 모양이 특징이며 주로 부드럽고 평평한 면으로 제한됩니다. 대부분의 수정은 작지만 거대한 표본이 있습니다. 결정의 내부 구조는 외형, 경도 및 파괴 능력, 파괴 유형, 밀도 및 광학 현상을 포함한 물리적 특성을 결정합니다.
기본 개념
보석 또는 보석.이 모든 돌 그룹은 하나의 공통된 특징 인 특별한 아름다움으로 구별됩니다. 이전에는 몇 개의 돌만 보석이라고 불렸습니다. 오늘날 그 수는 극적으로 증가했으며 계속해서 증가하고 있습니다. 그들 중 대부분은 광물이며 훨씬 덜 자주 암석입니다. 호박, 산호, 진주와 같은 유기적 기원의 특정 광물은 보석이라고도 합니다. 화석 유기 잔해(화석)조차도 장식으로 사용됩니다. 그 목적에 따라 나무, 뼈, 유리 및 금속과 같은 많은 다른 보석 재료가 보석에 가깝습니다.
준보석 -이 개념은 여전히 무역에서 널리 퍼져 있지만, 그 안에 내재된 경멸적인 의미를 고려할 때 사용해서는 안 됩니다. 이전에는 덜 가치 있고 매우 단단하지 않은 돌을 준보석이라고 하여 "진짜" 보석과 대조했습니다.
장식용 돌.이것은 장식용 및 석재 조각 제작에 사용되는 모든 석재를 가리키는 집합적인 용어입니다. 때로는 덜 가치 있거나 불투명한 돌을 장식용이라고 합니다.
보석.보석 조각은 귀금속에 세팅된 하나 이상의 보석으로 구성된 장식품으로 이해됩니다. 때로는 테두리가없는 광택 돌과 돌이없는 귀금속으로 만든 보석을 보석이라고도합니다.
보석 및 준보석
보석은 7천년 이상 동안 인간에게 알려져 왔습니다. 첫 번째는 자수정, 수정, 호박, 옥, 산호, 청금석, 진주, 사문석, 에메랄드 및 청록색이었습니다. 오랫동안 이 돌은 특권층의 대표자에게만 제공되었으며 장식으로 사용될 뿐만 아니라 소유자의 사회적 지위를 상징하기도 했습니다.
19세기 초까지. 보석은 의약 목적으로도 사용되었습니다. 어떤 경우에는 어떤 돌이면 충분하다고 여겼고, 어떤 경우에는 아픈 부위에 바르고, 세 번째는 가루로 만들어 입에 넣었다. 고대 의학 서적에는 특정 질병에 도움이 될 수 있는 돌에 대한 "정확한" 정보가 포함되어 있습니다. 보석으로 치료하는 것을 석판 요법이라고 합니다. 때때로 그것은 성공을 가져왔지만 돌 자체에 기인해서는 안 되며, 환자에게 유익한 영향을 미친 심리적 제안에 기인해야 합니다. 치료 실패는 돌이 "가짜"로 판명되었다는 사실로 설명되었습니다. 일본에서는 오늘날 약용으로 진주 가루(탄산칼슘)로 만든 정제를 판매합니다.
그리고 현대 종교에서 보석은 별도의 장소를 가지고 있습니다. 따라서 유대 대제사장의 흉패는 네 줄의 보석으로 장식되어 있습니다. 그러한 돌들은 기독교 교회의 교황과 주교의 관과 관, 방주, 성체 운반자, 가재 및 아이콘 프레임에서 반짝입니다.
분열 및 골절
많은 광물이 평평하고 평평한 표면을 따라 쪼개지거나 분해됩니다. 이러한 미네랄의 성질을 분열 결정 격자의 구조, 원자 간의 응집력에 따라 달라집니다. 매우 완벽한 분열(euclase), 완벽한(토파즈) 및 불완전한(가닛)을 구별하십시오. 많은 보석 및 장식용 돌(예: 석영)에는 전혀 없습니다. 갈라져 평행하게 배향된 표면을 따라 특정 영역에서 균열이 생기는 결정의 능력이라고 합니다.
돌을 연삭 및 절단 할 때뿐만 아니라 프레임에 삽입 할 때 균열의 존재를 고려해야합니다. 강한 기계적 응력으로 인해 분열(균열)이 발생할 수 있습니다. 경도를 결정할 때 종종 가벼운 타격이나 과도한 압력으로 충분합니다. 이전에는 큰 돌을 조각으로 깔끔하게 나누거나 결함이 있는 부분을 분리하기 위해 쪼개짐을 사용했습니다. 이러한 작업은 이제 주로 톱질로 수행되므로 돌의 모양을 더 잘 사용할 수 있을 뿐만 아니라 원치 않는 균열과 갈라짐을 방지할 수 있습니다.
광물이 충격을 받으면 부서지는 파편의 표면 모양을 꼬임. 그것은 조개 모양(껍데기 자국과 유사), 고르지 않거나, 쪼개진 모양, 섬유질, 계단 모양, 고르지 않은 흙 모양 등이 될 수 있습니다. 때때로 골절은 유사한 외관을 가진 광물을 구별할 수 있게 해주는 진단 신호로 작용할 수 있습니다. 예를 들어, 모든 유형의 석영과 유리 보석의 모조에서 딱딱한 균열이 일반적입니다.
밀도
밀도 (전에는 비중이라고 불림) 같은 부피의 물의 질량에 대한 물질의 질량의 비율입니다. 결과적으로 밀도가 2.6인 돌은 같은 부피의 물보다 몇 배나 무겁습니다.
보석의 밀도는 1에서 7 사이입니다. 밀도가 2 미만인 돌은 우리에게 가벼운 것(호박 1.1), 2에서 4 - 정상 무게(석영 2.65), 5 이상 - 무거운(카시라이트 7.0)로 보입니다. 다이아몬드, 루비, 사파이어와 같은 가장 비싼 돌은 주요 암석 형성 광물, 주로 석영 및 장석보다 밀도가 높습니다.
보석의 질량 측정
캐럿 -고대부터 보석 무역과 장신구에 사용되었던 질량 단위. "캐럿"이라는 단어 자체가 아프리카 산호 나무의 현지 이름(kuara)에서 유래했을 가능성이 있으며, 그 씨앗은 황금빛 모래의 무게를 재는 데 사용되었지만 그리스 이름(keration)에서 유래했을 가능성이 더 큽니다. ) 널리 퍼진 지중해 캐롭 나무의 열매는 원래 보석의 무게를 잴 때 "무게" 역할을 했습니다.
그램 -보다 저렴한 돌, 특히 원시 보석(예: 석영 그룹)을 위해 보석 거래에 사용되는 질량 단위
그랜드 -진주의 질량 측정. 0.05g, 즉 0.25ct에 해당합니다. 이제 곡물은 점점 더 캐럿으로 대체됩니다.
가격.보석 거래에서 가격은 일반적으로 캐럿당 인용됩니다. 돌의 총 비용을 계산하려면 가격과 캐럿 무게를 곱하십시오.
광학적 특성
보석의 물리적 특성 중에서 광학적 특성이 지배적인 역할을 합니다. 색상과 광채, 반짝임, "불" 및 발광, 별자리, 무지개 빛깔 및 기타 조명 효과를 결정합니다. 보석의 테스트 및 식별에서 광학 현상도 점점 더 강조되고 있습니다.
색상
색상- 모든 보석을 볼 때 가장 먼저 눈에 들어오는 것. 그러나 대부분의 돌의 경우 색상이 진단 기능으로 사용할 수 없습니다. 대부분의 색상이 동일하고 일부는 여러 색상으로 나타나기 때문입니다.
색상이 다른 이유는 빛, 즉 특정 파장 범위에 있는 전자기 진동 때문입니다. 인간의 눈은 소위 광학 범위(약 400~700nm)의 파동만 인식합니다. 가시광선의 이 영역은 7개의 주요 부분으로 세분화되며, 각 부분은 스펙트럼의 특정 색상인 빨강, 주황색, 노랑, 녹색, 파랑, 파랑, 보라색에 해당합니다. 모든 스펙트럼 색상이 혼합되면 흰색이 됩니다. 그러나 파장 범위가 흡수되면 나머지 색상의 혼합에서 더 이상 흰색이 아닌 특정 색상이 발생합니다. 광학 범위의 모든 파장을 투과하는 돌은 무색으로 보입니다. 반대로 모든 빛이 흡수되면 돌은 보이는 색상 중 가장 어두운 색상인 검정색을 얻습니다. 전체 파장 범위에 걸쳐 부분적으로 빛을 흡수하면 돌이 흐릿한 흰색 또는 회색으로 보입니다. 그러나 반대로 아주 특정 파장만 흡수되면 석재는 백색광 스펙트럼의 흡수되지 않은 나머지 부분의 혼합에 해당하는 색상을 얻습니다. 보석의 색상을 결정하는 발색단인 색상의 주요 운반자는 철, 코발트, 니켈, 망간, 구리, 크롬, 바나듐 및 티타늄의 중금속 이온입니다.
인공(전기) 빛과 주간(햇빛) 빛의 스펙트럼이 다르기 때문에 보석의 색상도 조명에 따라 다릅니다. 색상에는 인공 조명이 역효과를 내는 돌(사파이어)과 저녁 빛(인공) 빛의 혜택을 받아 광도를 높이는 돌(루비, 에메랄드)이 있습니다. 그러나 색상 변화는 알렉산드라이트에서 가장 두드러집니다. 낮에는 녹색으로 보이고 저녁에는 빨간색으로 보입니다.
굴절
어린 시절에도 막대기가 수면에서 "깨지는" 것처럼 예각으로 물에 완전히 잠겨 있지 않은 것을 한 번 이상 보았습니다. 물 속에서 막대기의 아래쪽 부분은 공중에서 위쪽 부분과 다른 기울기를 취합니다. 이것은 광선이 한 매체에서 다른 매체로, 즉 광선이 두 물질 사이의 경계면에 비스듬히 향하는 경우 두 물질의 경계에서 통과할 때 항상 나타나는 빛의 굴절 때문입니다.
동일한 광물 유형의 모든 보석 결정의 빛 굴절량은 일정합니다(때로는 변동하지만 매우 좁은 간격 내에서). 따라서 이 양에 대한 수치 표현인 굴절률(간단히 굴절 또는 빛의 굴절이라고도 함)은 보석을 진단하는 데 사용됩니다. 굴절률은 공기와 결정에서 빛의 속도의 비율로 정의됩니다. 사실은 결정에서 광선의 편향이 광학적으로 밀도가 더 높은 매체에서 이 광선의 전파 속도 감소에 의해 정확하게 발생한다는 것입니다.
다이아몬드에서 빛은 공기보다 2.4배 느리게 이동합니다. 큰 기술적 어려움과 비용 없이, 알려진 굴절률을 가진 액체에 돌을 담그고 경계면을 관찰하여 침지 방법으로 빛의 굴절을 측정하는 것이 가능합니다. 돌의 윤곽이나 패싯 사이의 가장자리가 얼마나 가볍고 예리한지, 경계면의 겉보기 너비로 보석의 굴절률을 상당히 정확하게 추정할 수 있습니다.
분산
백색광은 결정체를 통과할 때 굴절될 뿐만 아니라 분광색으로 분해되는데, 이는 결정체의 굴절률이 입사광의 파장에 의존하기 때문입니다. 결정에 의해 백색광이 무지개의 모든 색으로 분해되는 현상을 변화. 특히 이 보석의 주요 매력인 유명한 "불"인 장엄한 색상의 유희로 인해 다이아몬드의 색상 분산의 가치는 훌륭합니다.
분산은 무색의 돌에만 좋습니다. 고분산 천연석 및 합성석(예: fabulite, rutile, sphallerite, titanite, zircon)은 다이아몬드 대용으로 보석에 사용됩니다.
표면 광학 효과:
밝은 인물과 색조
많은 보석에는 표면의 색상 오버플로뿐만 아니라 방향이 지정된 빛 줄무늬 형태의 빛 모양이 있습니다.
고양이 눈 효과평행한 콘크리트 섬유질 또는 바늘 같은 개체의 집합체이거나 얇은 평행 방향 중공 운하를 포함하는 돌에 내재되어 있습니다. 그 효과는 그러한 평행한 상호 성장에 대한 빛의 반사로 인해 발생하며 돌을 돌릴 때 좁은 빛 스트립이 그 위로 달려 고양이의 빛나는 슬릿 눈동자를 상기시킨다는 사실로 구성됩니다. 이 효과의 가장 큰 인상은 스톤이 카보 숑 형태로 연마되어 카보 숑의 평평한 바닥이 스톤의 섬유 구조와 평행을 이루는 경우 얻을 수 있습니다.
별자리 -한 지점에서 교차하고 별 광선을 닮은 밝은 줄무늬 형태의 빛의 돌 표면에 나타나는 모양; 이 광선의 수와 교차 각도는 결정의 대칭에 의해 결정됩니다. 본질적으로 이것은 반사 내포물(가는 섬유, 바늘 또는 세관)이 다른 영역에서 다른 방향을 갖는다는 유일한 차이점을 제외하고는 고양이 눈의 효과와 유사합니다. 루비와 사파이어 카보 숑의 여섯 개의 별이 매우 인상적입니다.
경화 -아두라리아의 귀중한 품종인 월장석의 청백색 쉬머. 월장석 카보숑이 움직이면 이 광채 또는 썰물이 표면 위로 미끄러지듯 움직입니다.
조리개 -일부 보석의 무지개 빛깔의 색상 플레이, 작은 틈과 돌의 균열에 굴절된 흰색이 스펙트럼 색상으로 분해된 결과입니다.
"실크" -미세한 섬유 또는 바늘 모양의 광물 또는 속이 빈 세관의 평행 방향 내포물의 존재로 인해 일부 보석이 실크처럼 빛나고 재생됩니다. 컷 루비와 사파이어 중에서도 높이 평가됩니다.
결정 성장 방법
실험실에서 얻은 첫 번째 단결정은 아마도 루비였을 것입니다. 루비를 얻기 위해, 가성 칼륨과 바륨 플루오라이드 및 2-크롬 염의 혼합물을 다소간 함유하는 무수 알루미나의 혼합물을 가열하였다. 후자는 루비의 색을 내기 위해 첨가되며, 소량의 알루미나를 취한다. 혼합물을 점토 도가니에 넣고 최대 1500 ° C의 온도에서 반사로에서 가열합니다 (100 시간에서 8 일). 실험이 끝나면 결정질 덩어리가 도가니에 나타나고 벽은 아름다운 핑크 루비 크리스탈.
합성 보석 결정을 성장시키는 두 번째 일반적인 방법은 Czochralski 방법입니다. 그것은 다음으로 구성됩니다. 돌이 결정화되어야 하는 물질의 용융물을 내화 금속(백금, 로듐, 이리듐, 몰리브덴 또는 텅스텐)으로 만든 내화 도가니에 넣고 고주파 인덕터에서 가열합니다. . 미래 수정의 재료로 만들어진 종자는 풀아웃 롤러에서 용융물로 낮아지고 합성 재료가 필요한 두께로 그 위에 쌓입니다. 종자 샤프트는 30-150rpm의 회전 주파수에서 동시 성장과 함께 1-50mm/h의 속도로 점차 위쪽으로 당겨집니다. 샤프트를 돌려 용융 온도를 균일하게 하고 불순물이 고르게 분포되도록 합니다. 결정의 직경은 최대 50mm, 길이는 최대 1m이며 합성 강옥, 스피넬, 석류석 및 기타 인공 석재는 Czochralski 방법으로 재배됩니다.
결정은 증기가 응축되는 동안에도 성장할 수 있습니다. 이것이 차가운 유리에서 눈송이 패턴을 얻는 방법입니다. 활성 금속의 도움으로 염 용액에서 금속을 대체하면 결정도 형성됩니다. 예를 들어, 철 못을 황산구리 용액에 담그면 구리의 붉은 층으로 덮일 것입니다. 그러나 생성된 구리 결정은 너무 작아서 현미경으로만 볼 수 있습니다. 손톱 표면에서 구리는 매우 빠르게 방출되므로 결정이 너무 작습니다. 그러나 프로세스를 늦추면 결정이 커집니다. 이를 위해 황산구리는 두꺼운 식염층으로 덮여 있어야하며 그 위에 여과지 원을 놓고 그 위에 직경이 약간 작은 철판을 올려야합니다. 포화 염화나트륨 용액을 용기에 붓는 것이 남아 있습니다. 황산구리는 소금물에 천천히 용해됩니다. 구리 이온(녹색 복합 음이온 형태)은 여러 날에 걸쳐 매우 천천히 위쪽으로 확산됩니다. 컬러 테두리의 움직임으로 과정을 관찰할 수 있습니다. 철판에 도달하면 구리 이온이 중성 원자로 환원됩니다. 그러나 이 과정이 매우 느리기 때문에 구리 원자는 금속 구리의 아름다운 반짝이는 결정으로 정렬됩니다. 때때로 이러한 결정은 가지 - 수상 돌기를 형성합니다.
수정 성장 기술
집에서
집에서 결정체를 키우기 위해 과포화염용액을 준비했습니다. 나는 출발 물질로 황산구리염을 선택했다. 50 ° C의 온도에서 깨끗한 유리에 뜨거운 물을 부어 부피가 500 mg이되었습니다. 물질을 유리에 조금씩 붓고 매번 저으면서 완전히 용해시켰다. 용액이 포화되자마자 나는 그것을 덮고 온도가 일정하게 유지되어야 하는 방에 두었다. 용액이 실온으로 냉각됨에 따라 과도한 결정화가 발생합니다. 용액에서 물질은 주어진 온도에서 용해도에 해당하는만큼 정확히 남아 있고 초과분은 작은 결정의 형태로 바닥으로 떨어집니다. 이것이 내가 스톡 솔루션을 얻은 방법입니다.
그런 다음 나는 모액을 다른 접시에 붓고 거기에서 바닥의 결정을 거기에 놓고 접시를 수욕에서 가열하여 완전히 용해되도록하고 냉각되도록했습니다. 이 단계에서 드래프트와 급격한 온도 변화는 솔루션에 바람직하지 않습니다. 이틀 후 내용물을 살펴보니 바닥과 벽에 작고 평평한 평행사변형 결정이 형성되어 있었습니다. 이 중에서 가장 정확한 결정체를 선택했습니다.
나는 다시 원래의 모액을 기반으로 포화 용액을 준비하고 물질을 조금 더(0.5작은술) 첨가하고 가열하고 혼합했습니다. 용액을 깨끗하고 가열된 접시에 붓고 액체가 약간 진정되도록 20-30초 동안 그대로 두십시오. 결정 크기가 약 2.5cm에 이르면 미리 여과되고 가수분해된 모액이 들어 있는 평평한 바닥 플라스크에 한 번에 하나씩 넣었습니다. 나는 필요에 따라 크리스탈을 씻고 청소했습니다.
결론
결정이 널리 사용되는 모든 물리적 특성은 구조, 즉 공간 격자에 따라 다릅니다.
현재 고체 상태의 결정과 함께 액정이 사용되고 있으며 가까운 장래에 광결정을 기반으로 한 소자를 사용할 것입니다.
결정체에는 보석류를 만드는 보석류도 포함됩니다. 보석에 대한 사람의 태도는 신화와 의학에서의 사용에서 자신의 가치를 입증하거나 돌의 아름다움과 조화에서 미적 즐거움을 전달하는 것까지 수세기 동안 변화를 겪었습니다.
집에서 재배한 결정체는 물리 및 화학적 특성과 용도를 연구하기 위해 물리학 수업에서 사용할 수 있습니다.
인공 조류
인공 조류를 키우기 위해 0.5리터 플라스크에 50% 규산나트륨(물유리) 용액을 채웠습니다. 그런 다음 그녀는 염화 제2철, 염화구리, 염화니켈 및 염화알루미늄의 몇 가지 결정을 용액에 던졌습니다. 잠시 후 기이한 모양과 다양한 색상의 "조류"의 성장이 시작되었습니다. 철 염 용액에서 "조류"는 갈색, 니켈 염은 녹색, 구리 염은 청색, 알루미늄 염은 무색입니다.
왜 이런 일이 발생합니까? 액체 유리 용액에 던져진 결정은 규산나트륨과 반응합니다. 형성된 화합물은 결정을 박막으로 덮지만 확산으로 인해 물이 침투하여 결정의 압력이 증가하고 막이 파열됩니다.
구멍을 통해 염 용액이 주변 액체로 침투하여 빠르게 다시 필름으로 덮입니다. 그리고 영화는 다시금 무너진다. 이것이 분기 "조류"가 자라는 방식입니다.
문학:
- 경쟁
지구 경쟁 교육적인-연구프로젝트 결정체 그들의 애플리케이션... 그러나 주목 ...
학생 "유레카"섹션 "화학"의 교육 및 연구 프로젝트
경쟁지구 경쟁 교육적인-연구프로젝트학생 "유레카"섹션 : "화학"...-이것은 흰색의 작은 바늘 모양입니다. 결정체또는 가벼운 결정성 분말. ... 의 비용 그들의생산, 그리고 가장 중요한 것은 - 위험을 줄이기 위해 애플리케이션... 그러나 주목 ...
- 프로그램
... 교육적인-연구프로젝트 연구프로젝트그리고 그들의출판. 교육적인-연구프로젝트...있다 결정체. 크리스탈- ... 그리고 기회 그들의애플리케이션문서 보호에 ...
이론에서 실습으로의 연구 프로젝트 이론에서 실습으로의 연구 프로젝트
프로그램... 교육적인-연구프로젝트... 이 단계에서 초록 작성도 함께 수행됩니다. 연구프로젝트그리고 그들의출판. 교육적인-연구프로젝트...있다 결정체. 크리스탈- ... 그리고 기회 그들의애플리케이션문서 보호에 ...
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작성자: Diana Mosheva, ... Sepich 2012 여권 교육적인-연구프로젝트: « 크리스탈그리고 그들의애플리케이션 "리더: 학생 10 "B" ...
과학의 연금술사
존재의 역사를 통해 사람들은 기적을 찾는 것뿐만 아니라 예를 들어 납에서 금을 얻거나 암석 수정을 다이아몬드로 바꾸는 것과 같이 기적을 찾으려고 노력했습니다. 가장 전설적인 연금술사는 납을 금으로 바꿀 수 있는 철학자의 돌(결정 백색 가루)을 얻은 것으로 알려진 프랑스인 Nicolas Flamel입니다. 그리고 플라멜의 과학 연구는 우리에게 도달하지 못했지만 파리 기록 보관소에는 겸손한 서점이 갑자기 부자가 되었음을 확인하는 문서가 보존되어 있습니다. 그는 13채의 집과 파리와 불로뉴의 넓은 땅을 구입하고 12개의 교회와 여러 병원을 지었습니다.
그러나 과학자들은 물론 중세 시대의 누구도 진짜 금이나 다이아몬드를 얻었다고 믿지 않습니다. 이것들은 모두 동화입니다. 기술과 기술이 필요한 발전에 도달한 20세기에 혁명이 일어났습니다. 연금술이 아닌 순전히 과학적 접근 방식입니다.
아시다시피, 실제(천연) 보석은 다양한 금속의 고체 염일 뿐이며, 그 분자는 소위 정렬된 구조로 구성되어 있습니다. 크리스탈 격자. 자연에서 결정체는 수백만 년에 걸쳐 지각 깊숙이, 고온(최대 2000°C)과 수십만 기압의 엄청난 압력 하에서 형성되었습니다. 그러한 조건이 발달한 곳은 거의 없으며, 이는 보석의 희귀성을 설명합니다(사실 가치가 있는 보석). 천연 광물의 유사체를 합성하기 위해 과학자들은 실험실 조건과 가속 버전에서 자연 현상을 재현해야 했습니다. 지난 세기 초에야 그러한 높은 온도와 압력을 얻는 것이 가능해졌습니다.
이 사업은 매우 첨단 기술과 비용이 많이 들지만 의미가 없는 것으로 판명되었습니다. 광산 회사는 객관적인 이유로 석재 수요를 충족시킬 수 없었고 활발하게 발전하는 산업은 새로운 다이아몬드, 사파이어 및 루비를 요구했습니다. 현재 합성석의 세계 시장 규모는 60억 달러 이상으로 추산됩니다. 약 86%는 산업의 필요를 위해 얻은 크리스탈로, 14%는 보석상을 위해 사용됩니다.
거의 모든 유형의 결정은 러시아에서 합성되지만 중요하지 않은 양입니다. 모스크바 근처의 Troitsk에서는 Zelenograd-사파이어, 가닛, 루비, Nizhny Novgorod-루비, Novosibirsk-에메랄드에서 다이아몬드가 자랍니다. 미하일 보릭, I.O.의 레이저 재료 및 기술 과학 센터 선임 연구원 이다. 프로호로프: 이것이 역사적으로 일어난 일입니다. 소비에트 시대의 어느 도시에서 특정 수정을 얻기 위한 방법이 개발되었지만 여전히 그곳에서 합성되고 있습니다. 거의 새로운 작품이 없었습니다. 그러나 인공 수정에 대한 수요는 지속적으로 증가하고 있으며 전문가는 충분하지 않습니다.
Khachik Bagdasarov: "크리스탈 성장을 위한 장비 비용은 $300-400,000이며 두 번째 해에 이미 갚기 시작합니다."
루비 발열
1902년 프랑스 엔지니어 베르누이(Verneuil)는 수많은 시도에 실패한 끝에 마침내 6g 무게의 작은 루비 크리스탈을 합성하는 데 성공했으며, 실제로 천연 보석과 동일한 최초의 인공 보석이 되었습니다. 상업의 관점에서 볼 때, 정확히 루비를 얻으려는 Verneuil의 열망은 상당히 정당했습니다. 본질적으로 루비는 거의 없습니다. 현재 세계에서는 연간 약 5톤의 루비가 채굴되고 있으며 수요는 수백 톤에 달합니다(대부분 보석상이 아니라 시계 제작자가 필요로 함).
이른바 출발 물질. 충전 (크롬이 혼합 된 산화 알루미늄 분말), Verneuil은 온도가 2150 ° C인 가스 버너를 통과했으며 온도가 감소한 용융물은 천천히 결정화되어 루비로 변했습니다. Verneuil 방법의 명백한 단순성과 신뢰성은 처음에는 프랑스에서, 나중에는 거의 모든 선진국에서 루비 결정의 산업 생산의 신속한 조직으로 이어졌습니다. 합성 루비 덕분에 많은 발견이 가능해졌습니다. 예를 들어, 루비를 기반으로 레이저가 발명되어 지구에서 달까지의 거리를 정확하게 측정하고 우주 공간을 통신에 사용할 수 있게 되었습니다.
나중에 루비 합성 기술의 도움으로 사파이어와 석류석과 같은 다른 귀중한 결정을 얻을 수 있음이 밝혀졌습니다. 먼저 초기 물질이 고온에서 녹은 다음 과냉각되어 결과적으로 결정화됩니다. 기술은 간단하고 가장 흥미로운 점은 그가 확신하는 것처럼 접근 가능합니다. 카치크 바그다사로프,결정학 연구소 고온 결정화과장. AV Shubnikov 러시아 과학 아카데미 (사파이어, 루비 및 석류석 합성에 종사). 러시아에서는 연구 기관의 소수의 회사와 실험실만이 결정 합성에 종사하고 있다는 것이 더욱 이상합니다. 이제 가장 비용 효율적인 방법은 러시아 과학 아카데미의 결정학 연구소에서 발명한 Bagdasarov 방법입니다. 카치크 바그다사로프: 나는 1965년에 가넷 합성을 위해 소위 수평 방향 결정화를 처음 사용했으며 이 기술은 널리 보급된 Verneuil 방법에 비해 훨씬 더 경제적인 것으로 판명되었습니다. 모든 것이 간단하게 설명됩니다. 수정의 원가에서 고온과 고압을 유지해야 하기 때문에 전기가 대부분을 차지합니다. 수직 막대보다 수평 판이 합성되면 훨씬 적은 에너지가 소비됩니다.
그럼에도 불구하고 전문가들에 따르면, 전자 산업의 발전에 박차를 가한 루비, 사파이어, 가넷에 대한 세계 수요는 여전히 충족되지 않습니다. 사파이어 안경은 시계 회사 (특히 스위스 회사), 우주선 및 유도 미사일 헤드 용 창 생산뿐만 아니라 연간 수요가 약 60 억 개에 달하는 휴대 전화 제조업체에도 필요합니다! 최고의 레이저는 네오디뮴 이온에 의해 활성화되는 석류석의 도움으로 생산됩니다. 보석상들은 이제 각각 툴륨 또는 에르븀(1kg - $ 20-25)을 추가하여 얻은 녹색 및 분홍색 석류석을 특히 높이 평가합니다.
그러나 내화 결정에 대한 수요는 서구 회사에서만 증가하고 있으며 러시아에서는 전자 제품 생산 감소로 인해 제로 경향이 있습니다. 카치크 바그다사로프: 무엇보다 사파이어는 한국(시계산업용)과 일본(광학용) 기업에서 수요가 많다. 전체적으로 연간 약 천 톤의 사파이어가 세계에서 합성됩니다. 러시아는 이 문제에서 명백한 외부자입니다. 예를 들어 90년대까지 소련에서 약 180톤의 루비와 약 50톤의 사파이어가 재배되었다면 지금은 10-20톤의 루비, 약 20톤의 사파이어, 100-120kg의 석류만 있습니다.
VOCOR 회사의 부국장(사파이어 제품 생산에 종사)인 Igor Alyabyev에 따르면 1kg의 사파이어 크리스탈을 재배하는 데 드는 비용은 약 $ 600이며, 여기에서 무게가 5g이고 각각 $12의 비용이 드는 100개의 판을 얻을 수 있습니다. . 보석 산업을 위한 합성 루비는 킬로그램당 약 $ 60입니다(비교용으로 천연석 1캐럿(0.2g) - 50달러). 기술적 목적은 킬로그램당 70달러입니다. 또한 단결정이 클수록 가격이 비싸고 합성 비용이 저렴합니다. 따라서 최대 6kg의 사파이어 단결정은 $ 5-10,000로 추정되는 반면 1kg의 비용은 약 $ 200입니다 (1kg의 판매 가격은 $ 500). 비즈니스 수익성은 계산하기 쉽고 이 순서는 위에서 언급한 세 가지 결정 모두에 적용됩니다. 사파이어 합성의 세계 볼륨은 약 천 톤입니다.
이제 합성 루비(연간 수억 캐럿)의 최대 생산량은 스위스, 프랑스, 독일, 미국 및 영국에 집중되어 있습니다. 특수 결정화 장치는 전열 장비의 Taganrog 공장에서 제조합니다. 카치크 바그다사로프: 국내 장비 비용은 약 $ 50,000, 서부 - $ 300-400,000 중요한 점 : 수익성있는 볼륨을 위해 최소 10 단위로 생산을 만드는 것이 합리적입니다. 한 생산 주기는 2~3일이 소요되며, 이 기간 동안 한 설비에서 2kg의 결정을 제거할 수 있습니다. 장비는 2년차에 "격파"할 것입니다.
석재 식별
Bagdasarov가 확신하는 것처럼 인조석과 천연석의 구조(외관)는 동일하며, 실험실에서 합성한 귀중한 광물이 위조자들에게 관심을 받는 것은 지극히 자연스러운 일입니다. "10여 년 전 한 힌두교도가 나에게 와서 천연석과 구별할 수 없는 루비를 합성해 달라고 부탁했다. 그러나 잠시 후 힌두교도가 사라졌다. 돌은 우리에게 어렵지 않으며 구매자는 그것을 자연적인 것과 구별하지 않을 것입니다."라고 그는 말합니다.
미하일 보릭: 보석 가게에는 실험실 조건에서 얻은 루비와 사파이어의 제품이 충분합니다. 일반 구매자는 눈으로 구분할 수 없습니다. 보석 가게의 대부분의 판매자조차도 자신이 무엇을 파는지 모릅니다. 자신의 명성을 소중히 여기는 사실, 잘 알려진 보석 제조업체는 합성 물질이 있는 곳과 자연이 있는 곳을 절대 숨기지 않습니다. 그럼에도 불구하고 값 비싼 보석을 구입할 때는 항상 돌의 진위 여부에 대한 인증서를 요청해야합니다.
Khachik Bagdasarov가 확신하는 바와 같이, 50년대 중반 과학이 다이아몬드 합성에 가까워졌을 때 모든 선진국의 재무부 아래에는 과학자들의 발전을 모니터링하기 위한 특별 부서가 만들어졌습니다. 천연 다이아몬드와 구별할 수 없는 합성 다이아몬드가 시장에 쏟아져 나온다고 상상해 보십시오. 여러 국가의 경제가 무너지고 여러 국가의 전략적 다이아몬드 매장량이 먼지가 될 것입니다.
드릴러의 가장 친한 친구
매년 세계에서 평균 1억~1억 1천만 캐럿(약 20톤)의 다이아몬드가 채굴되며, 세계 시장에서는 1캐럿의 천연 다이아몬드 가격이 55달러부터이지만 대부분의 보석용 원석은 적합하지 않습니다. 결함, 균열 및 불순물로 인해 발생하지만 다른 한편으로는 광물의 고강도 특성을 필요로 하는 산업, 주로 가공 산업에서 요구되고 있습니다. 그럼에도 불구하고 전문가들에 따르면 도구, 금속 및 석재 가공 산업은 채굴되는 것보다 약 4배 더 많은 다이아몬드가 필요하며 많은 하이테크 분야(전자 소자, 자외선 센서 제조)에서는 거의 천연 다이아몬드의 98%가 질소 함유물을 함유하고 있어 천연 원료를 사용할 수 없습니다. 인공 다이아몬드는 자연적인 결함이 전혀 없기 때문에 인간은 이상적인 합성 조건을 만들 수 있었습니다.
1953-1954년에 스웨덴 회사 ASEA와 American General Electric이라는 두 개의 독립적인 연구 그룹의 과학자들이 처음으로 크기가 1mm 미만인 다이아몬드를 합성했습니다. 이를 위해 흑연과 철의 혼합물을 약 2500℃의 온도에서 용융시킨 후, 생성된 용융물을 70-80,000기압의 압력에서 고체 압축성 매질에 넣었다. 바실리 부가코프,고압 물리학 연구소 부국장(트로이츠크, 다이아몬드 합성에 종사): 천연 다이아몬드와 같은 합성 다이아몬드는 캐럿 단위로 측정되며 세계 시장에서 캐럿당 약 10달러로 천연 다이아몬드보다 5배 저렴합니다. 동시에 원자재 및 전기 비용은 캐럿당 5달러에 불과합니다. 러시아는 이제 합성 다이아몬드 생산에서 3위를 차지하여 연간 2,500만 캐럿을 생산합니다.
사실, 다이아몬드는 업계의 이익을 위해서만 합성되고 있지만 비용면에서 인공 보석 품질의 돌은 여전히 천연 보석보다 우수합니다. 또한 합성 다이아몬드의 크기는 3mm로 제한됩니다. 그러나 챔버의 많은 부피에서 그러한 고온과 압력을 견딜 수 있는 재료는 없습니다. 한 달에 200kg의 다이아몬드를 합성하는 단위는 $ 30,000에 구입할 수 있습니다.
다이아몬드와 달리 합성 에메랄드는 보석 생산에만 독점적으로 사용되지만 객관적으로 분산 부족, 즉 분산 부족으로 인해 특히 아름다움이 다르지 않습니다. 햇빛을 스펙트럼으로 분해하고 희소성과 소량 생산으로 인해 가치가 있습니다 (세계에서 매년 500kg의 천연 에메랄드가 채굴되며 그 중 300kg은 러시아 우랄에 있음).
에메랄드는 결정체의 벌크와 달리 원료 용융물 (에메랄드는 가열되면 분해됨)이 아니라 붕산 무수물의 용액에서 얻어지며 상대적으로 낮은 온도 (약 400 ° C) 및 압력에서 특수 열수 챔버에서 합성됩니다. (약 500 기압). 에메랄드 합성을 위한 열수 설비는 비교적 저렴하지만($5-10,000) 생산성은 낮습니다(한 달에 최대 10kg의 결정). 1kg의 에메랄드의 주요 비용은 $ 100-200이며 1 캐럿의 판매 가격은 약 $ 2의 천연석 가격과 거의 같습니다.
매년 러시아에서는 노보시비르스크의 기업에서 최대 100kg의 에메랄드가 합성되며 세계에서 1 톤 이하입니다.
자연과 반대로
1968년, 러시아 물리학자들은 자연쌍둥이가 없는 투명한 결정을 얻었고, 그러한 결정의 합성에 대한 최초의 실험이 수행되었음에도 불구하고 과학 아카데미의 물리학 연구소(FIAN)를 기리기 위해 큐빅 지르코니아라는 이름을 붙였습니다. 1920년대 프랑스 화학자들에 의해
큐빅 지르코니아 합성의 목적은 레이저에 사용할 결정을 얻는 것이었습니다. 사실, 큐빅 지르코니아는 "레이저" 속성에서 석류석을 능가할 수 없었지만 보석상들은 그 특이한 아름다움, 다색 및 저렴함을 높이 평가했습니다(큐빅 지르코니아의 최대 98%가 필요에 따라 생산됨). 수술을 위해 큐빅 지르코니아가있는 메스가 생산됩니다 ($ 500)-사실 일부 사람들은 금속에 알레르기가 있고 큐빅 지르코니아 블레이드를 사용하면 알레르기 반응을 피할 수 있습니다.
큐빅 지르코니아는 지르코늄, 알루미늄, 나트륨의 산화물 혼합물에서 합성됩니다. 프로세스는 실질적으로 낭비가 없습니다. 파편과 실패한 수정은 다시 녹습니다. 고주파 발생기 (약 $ 50,000)를 사용하여 하루에 100kg의 원료에서 최대 30kg의 입방체 지르코니아 결정을 얻습니다. 돌의 투명도는 융점에 따라 다릅니다. 온도가 높을수록 결정이 더 투명합니다. 엘레나 로모노바, GPI 레이저 재료 및 기술 과학 센터 연구소장: 큐빅 지르코니아를 키우는 것이 쉽고 쾌적하며, 특정 불순물을 첨가하면 라벤더와 같이 자연에서 발생하지 않는 독특한 꽃의 결정체를 만들거나 조명 시 색상 변화와 같은 비정상적인 광학 효과를 얻을 수 있습니다. 변경 사항 - 소위. 알렉산드라이트 효과.
오랫동안 소련은 큐빅 지르코니아 생산에서 독점으로 남아 처음에는 킬로그램당 3,000달러에 도달했습니다. ). 뱌체슬라프 오시코, GPI의 레이저 재료 및 기술 과학 센터 소장: 큐빅 지르코니아는 소련에서 거짓으로 반출되어 다이아몬드로 위장했습니다. 보석 사기에 맞서기 위해 KGB 장교들조차 보석과 위조품을 구별하는 훈련을 받았습니다.무지개의 모든 색상을 가지고 노는 능력을 위해 보석상은 큐빅 지르코니아를 뻔뻔스러운 돌이라고 부릅니다. 현재 전 세계적으로 매년 1,000톤 이상의 큐빅 지르코니아가 합성되고 있으며, 그 가격은 1kg당 60달러까지 떨어졌습니다. 동시에 전문가에 따르면 큐빅 지르코니아 1kg의 비용은 약 $ 30입니다.
미래의 수정
그러나 세계 생산량 및 수익성의 성장 측면에서 마이크로 전자 산업, 태양 전지 및 기타 기술 장치에 없어서는 안될 합성 실리콘은 가까운 장래에 어떤 결정도 따라갈 수 없습니다. 전 세계적으로 연간 30,000톤 이상의 실리콘이 생산되며 예측에 따르면 2010년까지 이 수치는 두 배가 될 것입니다(현재 실리콘 결정은 모든 인공 결정의 세계 시장에서 80%를 차지함). 그럼에도 불구하고 전문가들에 따르면 컴퓨터와 마이크로 프로세서 기술의 생산 증가로 인해 세계의 실리콘은 크게 부족합니다.
Vyacheslav Osiko: "한때 큐빅 지르코니아가 수출되어 다이아몬드처럼 여겨졌습니다."
러시아에서는 실리콘의 소비와 생산이 극도로 미미한데, 이는 모두 전자 제품 생산 감소와 같은 이유로 인해 발생합니다. 그리고 1990년에 소련에서 360톤의 실리콘이 성장했다면 작년에 러시아 연방에서는 270톤만이 있었고 그 중 50톤만 국내 시장을 위한 것이었습니다. 이제 1kg의 실리콘 비용은 $ 100이며 전문가에 따르면 생산 수익성은 100 %를 초과합니다.
Khachik Baghdasaryan이 확신하는 바와 같이, 실리콘 생산에 대한 투자와 그것이 필요한 생산을 위한 제품에 대한 투자는 금광으로 판명될 수 있으며 합성을 위한 원료(일반 모래)는 문자 그대로 발판입니다. 예전에 독일에서 나는 납땜 인두 하나로 태양 전지판 생산을 시작하여 현재 연간 2천만 유로의 수익을 올리는 젊은 기업가를 만났습니다.실리콘은 오랫동안 국가의 과학 기술 발전을 결정하는 전략적 소재가 되었습니다. "
주립 희귀 금속 과학 센터의 연구소장인 Mikhail Milvidsky는 태양 에너지가 석유, 가스 및 석탄에 비해 저렴하고 환경 친화적이며 끝이 없기 때문에 전 세계 과학자들이 실리콘 생산량을 늘리기 위해 노력하고 있다고 주장합니다. . 카치크 바그다사얀: 많은 과학자들의 예측에 따르면 21세기 말까지 세계 전력의 최대 80%가 태양열 또는 풍력 에너지에서 생성될 것입니다. 그리고 첫 번째 경우의 실리콘은 대체 할 수없는 재료입니다.
사실, 러시아의 "원자" 로비는 이것에 관심이 없으므로 안전하고 환경 친화적 인 전기 생산 방법을 향한 세계의 움직임이 오랫동안 명백했다면 우리의 프로세스는 반대입니다.
올레시아 데네가, 드미트리 티코미로프
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현장 연구 다이아몬드에 관한 것 가장 비싼 천연석은 현재 26개국(러시아, 보츠와나, 남아프리카 공화국)에서 채굴되고 있는 다이아몬드입니다. 전 세계에서 매년 평균 1억~1억 1천만 캐럿(20톤)의 다이아몬드가 채굴됩니다. 그들의 높은 가격(캐럿당 $ 55)은 돌의 특성뿐만 아니라 무역의 독점 수준으로 설명됩니다. 아시다시피 De Beers Corporation은 시장에 공급되는 천연 다이아몬드의 70-80%를 통제합니다. . 재무부에 따르면 2005년 상반기 러시아의 다이아몬드 생산량은 1770만 캐럿에 달했으며 평균 가격은 캐럿당 51달러였다. 2005년 1월-9월 러시아 연방 영토의 천연 다이아몬드 원석 수출량은 2,360만 캐럿에 달했으며 그 중 보석 품질의 다이아몬드가 20-25%를 차지했습니다. 편견 돌의 비밀스러운 힘 고대부터 보석은 장식과 부적으로 사용되었습니다. 예를 들어, 이집트인들은 에메랄드, 청록색, 자수정 및 수정으로 만든 보석을 기꺼이 착용했습니다. 로마인들은 다이아몬드와 사파이어를 무엇보다도 우선시했습니다. 종종 돌은 소유자의 직업을 나타냅니다. 선원들은 에메랄드가 긴 항해의 위험으로부터 보호하고 전기석에서 영감을 받은 예술가를 보호하고 자수정이 성직자를 유혹으로부터 보호한다고 믿었습니다. 기증되거나 상속 된 돌 만이 부적이 될 수 있다고 믿어집니다. |
인공 석재는 오랫동안 보석에서 인기를 얻었습니다. 실제로 보석상에게 보석의 가치는 자연의 결핍에 의해서만 결정되는 것이 아닙니다. 다른 여러 특성이 중요한 역할을 합니다.
- 색상;
- 빛 굴절;
- 힘;
- 캐럿 무게;
- 모서리의 크기와 모양 등
가장 비싼 인공 보석은 Cubic Zirconia(동의어: daimonsquay, jewalite, zirconium cube, shelby)입니다. 가격은 1캐럿(0.2g)당 10달러 미만으로 저렴합니다. 그러나 캐럿이 증가함에 따라 가격이 기하급수적으로 상승한다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 예를 들어, 10캐럿 다이아몬드는 1캐럿 다이아몬드보다 100배 더 비쌉니다.
보석의 인공 결정체는 집에서 자랄 수 있습니다. 이러한 실험의 대부분은 특별한 훈련이 필요하지 않으며 화학 실험실을 장비하거나 특수 시약을 구입할 필요도 없습니다.
크리스탈 성장에 대한 경험을 얻으려면 작게 시작하십시오. 우리는 실제로 자신의 부엌에서 찾을 수 있는 모든 것에서 아름다운 수정을 재배하는 기술을 공유할 것입니다. 필요한 모든 것이 분명히 선반에 있기 때문에 추가 재고가 전혀 필요하지 않습니다. 집에서 인공 루비를 재배하는 기술도 고려해 봅시다!
루비 결정을 합성적으로 성장시키는 방법?
성장하는 루비 크리스탈은 재택 사업 옵션이 될 수도 있습니다. 결국, 아름다운 합성 석재는 이미 구매자 사이에서 큰 수요가 있으므로 프로젝트가 성공적으로 구현되면 좋은 이익을 얻을 수 있습니다. 합성으로 자란 돌은 보석상이 사용하며 엔지니어링에서도 광범위하게 사용됩니다.
루비 결정은 올바른 염을 선택하여 표준 방법을 사용하여 성장할 수 있습니다. 그러나 이것은 소금이나 설탕의 경우만큼 효과적이지 않으며 성장 과정이 훨씬 더 오래 걸립니다. 그리고 품질이 의심될 것입니다. 결국, 모스 경도의 천연 루비는 다이아몬드에 이어 두 번째로 영예로운 9위를 차지합니다. 당연히 사업에 관해서는 100년 이상 전에 프랑스에서 개발된 다른 방법을 사용하는 경우가 대부분입니다.
이 방법의 발명가의 이름을 딴 특별한 장치, 즉 Verneuil 장치가 필요합니다. 단 몇 시간 만에 최대 20-30캐럿의 루비 크리스탈을 성장시키는 데 사용할 수 있습니다.
기술은 거의 동일하게 유지되지만. 산화 크롬의 혼합물과 이산화 알루미늄의 염은 산소 - 수소 버너의 저장소에 배치됩니다. 우리는 루비가 "눈 앞에서" 실제로 어떻게 자라는지 관찰하면서 혼합물을 녹입니다.
선택하는 소금의 구성에 따라 결정의 색상을 조정하여 인공 에메랄드, 토파즈 및 절대적으로 투명한 돌을 얻을 수 있습니다.
장치로 작업하려면 주의와 약간의 경험이 필요하지만 미래에는 아름다움, 투명도 및 색상의 유희에 매료될 수정을 키울 수 있습니다. 앞으로 이러한 걸작은 절단 및 연삭으로 잘 제공되며 의도 한 목적에 사용할 수 있습니다.
배양된 수정은 보석이 아니므로 성장 사업을 시작하기로 결정하더라도 추가 라이선스가 필요하지 않다는 점은 주목할 가치가 있습니다.
장치의 디자인은 간단하며 쉽게 직접 만들 수 있습니다. 그러나 인터넷에는 원래 설치의 도면과 개선된 버전을 제공하는 장인이 이미 충분합니다.
집에서 루비 크리스탈을 키우기 위한 세트
루비 생산 기술 자체의 원리는 매우 간단하며 아래 그림에 개략적으로 나와 있습니다.
작동 원리를 이해하면 모든 장치가 더 이상 그렇게 복잡해 보이지 않습니다. Verneuil 장치의 샘플 도면 중 하나:
이 기술은 "블루 토파즈" 등과 같은 다른 고가의 인조석을 재배하는 데에도 사용할 수 있습니다.
집에서 성장하는 소금 결정
가장 쉽고 저렴한 실험은 아름다운 소금 결정체를 만드는 것입니다. 이렇게 하려면 몇 가지 항목이 필요합니다.
- 일반적인 암염.
- 물. 물 자체에 가능한 한 적은 양의 염이 포함되어 있고 가급적이면 증류하는 것이 중요합니다.
- 실험이 수행될 용기(모든 캔, 유리, 냄비가 가능함).
용기에 따뜻한 물을 붓습니다 (온도는 약 50 ° C입니다). 물에 주방 소금을 넣고 저어줍니다. 녹인 후 다시 추가하십시오. 소금이 더 이상 용해되지 않고 용기 바닥에 가라앉을 때까지 절차를 반복합니다. 이것은 우리가 필요로 하는 식염수 용액이 포화되었음을 나타냅니다. 용액을 준비하는 동안 온도가 일정하게 유지되고 식지 않아 더 포화된 용액을 만드는 것이 중요합니다.
포화 용액을 깨끗한 병에 붓고 침전물과 분리합니다. 우리는 별도의 소금 결정을 선택한 다음 용기에 넣습니다 (실에 걸 수 있음). 실험이 완료되었습니다. 며칠 후 수정의 크기가 어떻게 커졌는지 확인할 수 있습니다.
집에서 설탕 결정 성장하기
설탕 결정을 생산하는 기술은 이전 방법과 유사합니다. 면봉을 용액에 담그면 설탕 결정이 그 위에 쌓입니다. 결정 성장 과정이 느려지면 용액의 설탕 농도가 감소합니다. 과립 설탕을 다시 추가하면 프로세스가 다시 시작됩니다.
참고: 용액에 식용 색소를 추가하면 결정이 여러 색으로 변합니다.
막대기에 설탕 결정을 키울 수 있습니다. 이렇게 하려면 다음이 필요합니다.
- 포화 식염수와 유사하게 준비된 기성품 설탕 시럽;
- 나무 막대기;
- 약간의 과립 설탕;
- 식용 색소(화려한 사탕을 원할 경우).
모든 것이 매우 간단합니다. 나무 막대기를 시럽에 담그고 과립 설탕을 굴립니다. 알갱이가 많을수록 결과가 더 아름답습니다. 젓가락을 완전히 건조시킨 후 2단계로 넘어가면 됩니다.
포화 된 뜨거운 설탕 시럽을 유리에 붓고 준비된 막대기를 거기에 놓습니다. 다색 결정을 준비하는 경우 뜨겁게 준비한 시럽에 식용 색소를 첨가하십시오.
스틱이 벽과 바닥에 닿지 않도록 하십시오. 그렇지 않으면 결과가 보기 흉할 것입니다. 스틱을 종이 조각으로 고정하여 위에 놓을 수 있습니다. 종이는 또한 용기의 뚜껑 역할을 하여 이물질이 용액에 들어가는 것을 방지합니다.
약 일주일 후에, 당신은 사랑스러운 설탕 막대 사탕을 갖게 될 것입니다. 그들은 모든 티 파티를 장식하여 어린이뿐만 아니라 성인도 즐겁게 할 수 있습니다!
집에서 황산구리에서 성장하는 결정체
황산구리의 결정은 짙은 파란색을 띠면서 흥미로운 모양으로 얻어집니다. 황산구리는 화학적으로 활성인 화합물이므로 그 결정을 맛보면 안 되며 재료로 작업할 때 주의해야 합니다. 같은 이유로 이 경우 증류수만 적합합니다. 화학적으로 중성인 것이 중요합니다. 황산동을 취급할 때는 주의하고 주의하십시오.
이 경우 vitriol에서 결정의 성장은 실제로 이전 경우와 동일한 계획에 따라 발생합니다.
용액에 생육용 주결정을 놓을 때 화분의 벽에 닿지 않도록 하여야 한다. 그리고 솔루션의 포화도를 모니터링하는 것을 잊지 마십시오.
크리스탈을 용기 바닥에 놓았다면 다른 크리스탈에 닿지 않도록 관찰하는 것이 좋습니다. 이 경우 함께 자라며 하나의 아름다운 큰 표본 대신 불명확한 모양의 덩어리를 얻게 됩니다.
유용한 조언! 크리스탈 면의 크기를 독립적으로 조정할 수 있습니다. 그들 중 일부가 더 천천히 자라기를 원한다면 바셀린이나 그리스로 기름칠을 할 수 있습니다. 그리고 하늘색 잘 생긴 남자를 유지하기 위해 투명한 바니시로 가장자리를 처리 할 수 있습니다.
다이아몬드에는 3가지 중량 범주가 있습니다.
- 작은. 무게 0.29캐럿
- 평균. 0.3~0.99캐럿의 무게
- 크기가 큰. 1캐럿 이상의 다이아몬드.
무게가 6캐럿 이상인 돌은 인기 있는 경매에 참가할 수 있습니다. 무게가 25캐럿 이상인 돌에는 고유한 이름이 부여됩니다. 예: "Winston" 다이아몬드(62.05캐럿) 또는 "De Beers"(234.5캐럿) 등