{بلورشناسی} - ۲
·
1401/2/31 14:30
· خواندن 3 دقیقه
- بلور شناسی و شبکه های بلوری
در پست قبلی بخشی از بلور شناسی نانومواد را بررسی کردیم؛ در این پست به ادامه این موضوع می پردازیم.
مطالعات بلورشناسی (مدل‌سازی‌های ریاضی و بررسی‌های آزمایشگاهی) نشان داده است که سیستم‌های بلوری مختلفی را در دو و سه‌بعد می‌توان تعریف و بررسی نمود. اساس این بررسی‌ها وجود تقارن در این ساختارها و نوع آن تقارن هاست. در دوبعد چهارسیستم بلوری معرفی شده است. همچنین در سه‌بعد ۱۴ شبکه بلوری براوه معرفی شده است. در این بین شبکه‌های مکعبی و همین‌طور شبکه شش‌ضلعی اهمیت ویژه‌تری دارند؛ دلیل این امر این است که تعداد بسیار زیادی از مواد بلوری با این ساختارهای بلوری در طبیعت وجود دارند.
اتم‌ها در ساختارهای بلوری به حالت‌های مختلفی در کنار هم قرار می‌گیرند، قرارگیری اتم‌ها در این ساختارهای بلوری نقش مهمی در تعیین ویژگی‌ها و خواص مواد دارد.
مشخص کردن یک سیستم دو بعدی با دو بردار و زاویه بین آنها
ساده‌ترین شکلی که با آن می‌توان یک صفحه را پر نمود متوازی‌الاضلاع است. برای مشخص نمودن مشخصات یک متوازی الاضلاع نیز کافی است دو بردار ضلع آن و زاویه بین آنها را تعیین نمود؛ این دو بردار و زاویه بین‌شان می‌توانند مقادیر مختلفی داشته باشند، حالت‌های مختلف این سه متغیر ( دو بردار و زاویه بین آنها) به چهار سیستم دوبعدی می‌انجامد. این چهار سیستم شامل، سیستم مورب، مستطیلی، شش ضلعی و مربعی است. یکی از نانوساختارهای معروفی که ساختار دوبعدی دارد گرافن است. گرافن ساختاری لانه زنبوری از اتم‌های کربن است، که فاصله بین هر دو اتم در آن حدود ۰/۱۴۲ نانومتر می‌باشد، ساختار بلوری گرافن مطابق سیستم شش‌ضلعی می‌باشد.
الف) در سیستم مستطیلی زاویه بین دو بردار ۹۰درجه است.
ب) در سیستم مورب ارتباط خاصی بین اضلاع و زاویه بین آنها وجود ندارد.
ج) در سیستم شش‌ضلعی دو بردار با یکدیگر برابرند و زاویه بین آنها نیز ۱۲۰درجه است.
د) در سیستم مربعی زاویه بین دو بردار ۹۰درجه و اندازه دو بردار نیز با یکدیگر برابر است.
چهارده شبکه طبق مدل‌سازی‌های ریاضی و همین‌طور بررسی‌های آزمایشگاهی مشخص شده‌اند و هیچ کدام از آنها با یکدیگر یکسان نیستند. همچنین ساختار دیگری نیست که شرایط لازم را دارا باشد و مشابه این ۱۴ شبکه نباشد. ۱۴ شبکه براوه از ۷ شبکه اصلی و ۷ شبکه فرعی تشکیل شده‌اند. ۷ شبکه اصلی شامل شبکه‌های مکعبی ساده، تتراهدرال (چهارضلعی)، اورتورومبیک، رمبوهدرال (مثلثی)، هگزاگونال (شش‌ضلعی)، مونوکلینیک و تری‌کلینیک هستند. ۷ شبکه فرعی با توجه به مرکز پر بودن، قاعده پر بودن و یا وجوه پر بودن از ۷ شبکه اصلی تشکیل می‌شوند. برای مشخص نمودن هر یک این ۱۴ شبکه براوه لازم است تا سه بردار تشکیل‌دهنده سلول واحد و همین‌طور زوایای بین آنها (مجموعا سه زاویه) را بیان نمود.
۱۴ شبکه براوه
در ۱۴ شبکه براوه فرض بر یکسان بودن موتیف‌ها است. یعنی این شبکه‌ها صرفا برای مواد بلوری با یک نوع اتم به‌کار می‌روند. برای مواد بلوری با دو یا چند نوع اتم (مثل سرامیک‌ها) شبکه‌های غیربراوه‌ای وجود دارند که از تلفیقی از چند شبکه براوه حاصل شده‌اند.
شبکه‌های مکعبی به سه گروه مکعبی ساده (SC)، مکعبی مرکز پر(BCC) و مکعبی وجوه پر (FCC) تقسیم می‌شوند. در مکعب ساده هشت اتم در رئوس مکعب قرار گرفته اند؛ در مکعب مرکز پر یک اتم در وسط مکعب قرار گرفته است و هشت اتم هم در رئوس مکعب؛ در مکعبی وجوه پر ۶ اتم در وجوع مکعب و ۸ اتم هم در رئوس مکعب قرار گرفته‌اند.برای بررسی این شبکه‌ها چندین عامل مهم است. این عوامل عبارتند از تعداد اتم‌های خالص در یک سلول واحد، جهت فشرده، فاکتور فشردگی اتمی (APF) و عدد همسایگی.
شبکه های SC - BCC - FCC
(به‌صورت مرسوم برای نمایش این شبکه‌های مکعبی ردیف اول شکل ۶ نمایش داده می‌شود، که علت آن فهم راحت‌تر و نمایش ساده‌تر آن است،
ولی باید دقت نمود که در واقعیت این شبکه‌ها به شکل ردیف دوم شکل۶ هستند.)
منبع: مقالات باشگاه نانو
