انواع روشهاي بلورشناسي نوين

[.MohammadReza. 19,850]

بلور شناسي ، علم مطالعه بلورهاست. با ارائه روشي براي توضيح چگونگي تعيين خواص فيزيکي ماده از روي سطح آن ، يعني اصل تقارن بلور شناسي بصورت علمي مستقل در آمد. در دهه 1880 ، فيزيکدانان شواهد کافي گرد آورده بودند که پديده‌هاي مختلفي از قبيل در شکستگي ، انبساط گرمايي ، وقف الکتريسيته و پيزو الکتريسيته را بايد با استفاده از شکل بلور توضيح داد. براي مطالعه بلورها روشهاي مختلفي وجود دارد که از مهمترين آنها بلور شناسي توسط اشعه ايکس و روشهاي پراش الکترون.

 

مطالعه بلورها به دوران يونانيها و روميها و مطالعات کوارتزهاي گوناگون ، توسط ننوفراستو و پلينيو ، باز مي‌گردد. در سده هفدهم نخستين تلاشها براي توصيف نظم ساختاري بلورها به عمل آمد. رابرت هوک اظهار داشت که مشکل کوارتز را با فرض اين که کوارتز از آرايش تناوبي کره‌هايي تشکيل شده باشد، مي‌توان توضيح داد. کريستيان هويگنس به منظور توصيف پديده دو شکستي نور ، فرض کرد که کلسيت از آرايش تناوبي بيضي‌هاي دوار تشکيل شده است. در سال 1784 ، ژنه ژوست هادي اين فرض را مطرح کرد که در بلورها مولکولها در گروههايي به شکل متوازي السطوح قرار گرفته‌اند. در آرايش فضايي اين گروهها مي‌تواند شکل بلوري ماکروسکوپيکي مشاهده شده را توضيح دهد.

 

 

در سال 1827 اوگوست کوشي معادله مربوط به کشساني را بدست آورد و با اين مطالعات و با استفاده از بيست و يک پارامتر توانست شرح دهد، چگونه جسم جامد تحت اثر کنش خارجي معلوم کرنش مي‌کند. او به مطالعات خود ادامه داد و دريافت که براي توصيف بلورها با توجه به طبيعت شبکه‌اي‌ آنها به پارامترهاي کمتري نياز است. پنج سال بعد توانست ارنست نويمن اين نتيجه‌ها را برابر مطالعه برهمکنش ميان نورد ماده بر اساس مکانيک بکار برد. او فرض کرد که نور از ذرات خردي درست شده است. دانشجوي وي والدر سار فوگست که بعدها استاددانشگاه کوتينگتون شد، نخستين کسي بود که تمام اطلاعات و دستاوردهاي مربوط به ارتباط ميان خواص فيزيکي و ساختار بلورها را در تناوبي گرد آورد.

 

◄ بلورشناسي نوين:

در سال 1912 ، بلورشناسي نوين متولد يافت. در آن سال ماکس و گروهش تصويري از پراش پرتوهاي ايکس توسط بلور 3ns بدست آوردند. اين آزمايشها سرشت موجي پرتوهاي ايکس را ، که ويلهم کنراد رونتگن در اواخر سده نوزدهم کشف کرده بود و همچنين آرايش تناوبي خوشه‌هاي اتمها را در دوران بلور به اثبات رساند. ويليام لارش براک و پدرش ، ويليام هنري براگ در همين زمينه به پژوهش پرداختند و معادله مشهور زير را بدست آوردند:

 

2sinӨ = nλ

که در آن d فاضله ميان صفحه‌اي خانواده معيني از صفحه‌هاي بلوري ، n که مرتبه بازتاب ناميده مي شود، عدد طبيعي λ طول موج ايکس مورد استفاده و Ө زاويه فرود و زاويه بازتاب باريکه است. اين معادله مي‌گويد که کدام زاويه براي بازتاب با طول موج و خانواده صفحه‌هاي خاص مناسب است، بازتابهايي که از لحاظ هندسي مجازند در طبيعت يافت مي‌شوند.

 

◄ بلور شناسي با پرتو ايکس:

اگر نمونه‌اي از تک بلور را با استفاده از پرتوهاي سفيد ايکس ، پرتوهايي که نه يک طول موج ، بلکه گستره‌اي از طول موجها را در بردارد مورد مطالعه قرار دهيم. نقش خون لاوه بدست مي‌ايد تحت اين شرايط در معادله 2dsinӨ = nλ مي‌تواند مقاديري زياد داشته باشد. اما Ө زاويه‌اي ميان پرتو فرودي و صفحه ، براي يک خانواده صفحات خاص مقداري ثابت است. معمولا طول موجي مانند λ وجود دارد که در معادله براگ صدق مي‌کنند و بازتاب رخ مي‌دهد.

 

 

 

اگر نمونه‌اي را با فيلم عکاسي يا آشکارسازي جديد ديگري احاطه کنيم. در نقاط مختلف روي فيلم لکه‌هايي بدست مي آورديم که به پرتوهاي بازتابيده از خانواده‌هاي مختلف صفحات بلور مربوط مي‌شوند. با پردازش اين داده‌ها به طريق رياضي به آنچه نقش پراشي را بوجود مي‌آورد مي‌توان پي برد. در نتيجه ، ساختار ميکروسکوپي بلور را معين مي‌کند، يعني مي‌توان فهميد شبکه بلوري اين ساختار چگونه است و چه اتمهايي در تلاقي شبکه‌اي قرار دارند.

 

◄ بلور شناسي با روش پودري:

براي مطالعه بلور شناسي توسط اشعه ايکس روشهاي استاندارد ديگري هم وجود دارند که در اين ميان روش پودر از همه رايجتر است. در روش پودر بجاي تکبعدي از نمونه‌اي استفاده مي‌شود که بصورت بلورهاي کوچکي به ابعاد 1µm يا کمتر خرده شده است. در اين روش باريکه تک فام از پرتوهاي ايکس به نمونه تابيده مي‌شود. و در اين حال براي هر خانواده خاصي از صفحات تعداد زيادي بلورک با سمتگيري مناسب پيدا مي‌شوند که بازتاب براگ فرودي است. اما تند چتري که هر تکه از پارچه آن با دسته چتر زاويه‌اي يکسان مي‌سازند. باريکه‌هاي بازتابيده روي مخروطي قرار مي‌گيرند که گشودگي آن دو برابر گشودگي مخروط قبلي است. زيرا باريکه بازتابيده نسبت به باريکه اوليه زاويه 2Ө مي‌سازد و اين در حالي است که زاويه بين صفحه و باريکي اوليه برابر Ө است.

 

 

اگر فيلم عکاسي را در راه باريکه خروجي قرار دهيم، از تلاقي مخروط اخير با صفحه عکاسي يک دايره بدست مي‌ايد: فيلم عکاسي را معمولا به شکل نوار باريک دايره‌اي در مي‌آوردند و آنرا روي صفحه‌اي که شامل باريکه خروجي است قرار مي‌دهيم. فيلم را سوراخ مي‌کنند تا باريکه بتواند به نمونه برسد. از تلاقي مخروطهاي بازتابشي مربوط به صفحه‌هاي مختلف بلور فيلم نقش پراشي خطي بدست مي‌ايد.

 

◄ بلور شناسي به روش پراش الکترون:

در آغاز دهه 1990 روشهاي جديدي پيدا شدند که مشاهده مستقيم سطحهاي بلورين را امکان مي‌سازند. درک تغييرات ريخت شناسي که هنگام روياندن بلور براي کاربردهاي الکترونيک روي مي‌دهند. با استفاده از پراش الکترون بجاي پرتو ايکس و تحت زاويه‌اي کم از سطح بلورها حاصل شده است. با استفاده از ميکروسکوپ تونلي روبشي براي نخستين بار ، امکان مشاهده مستقيم ساختار شبکه‌اي بلورها از طريق مشاهده اتم منفرد فراهم شدکه نمودار آن در زير نمايش داده شده است.

 

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام