Monocristallo
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Un monocristallo (o solido monocristallino) è un materiale in cui il reticolo cristallino è continuo ed ininterrotto nell'intero campione, senza bordi di grano, i quali possono avere effetti significativi sulle proprietà fisiche ed elettriche del materiale.
Dato che gli effetti entropici favoriscono la presenza, nella microstruttura dei solidi, di imperfezioni e difetti cristallografici, come le distorsioni e le dislocazioni, i monocristalli di considerevole dimensioni sono estremamente rari in natura, e sono anche difficili da produrre in laboratorio, sebbene possano essere creati sotto condizioni controllate.
L'opposto di un singolo cristallo è una struttura amorfa, in cui l'ordine nelle posizioni atomiche è limitato soltanto al breve raggio. Tra i due estremi esistono le fasi policristallina e paracristallina, costituiti di un numero di cristalli più piccoli noti come cristalliti.
Utilizzo
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Industria dei semiconduttori
[modifica | modifica wikitesto]Il silicio monocristallino viene utilizzato nella fabbricazione dei dispositivi a semiconduttore. Sulla scala di grandezza dei dispositivi che costituiscono un circuito integrato, le disomogeneità di un policristallo e le discontinuità rappresentate dai bordi di grano altererebbero le proprietà elettriche locali, dando un impatto significativo sulla funzionalità e sull'affidabilità dei dispositivi. Per questo, i fabbricanti di microprocessori hanno fortemente investito nelle tecniche di produzione di grandi monocristalli di silicio.
Ottica
[modifica | modifica wikitesto]- Monocristalli di zaffiro e altri materiali vengono utilizzati per laser e ottica non lineare.
- Monocristalli di fluorite sono talvolta utilizzati nelle lenti degli obiettivi dei telescopi a rifrazione apocromatici.[senza fonte]
Ingegneria dei materiali
[modifica | modifica wikitesto]Nella scienza dei materiali, un'altra applicazione dei solidi monocristallini sta nella produzione di materiali ad alta resistenza, come le pale per turbine.[1] Qui, l'assenza di bordi di grano dà un incremento nella resistenza meccanica a creep, cioè limita lo scorrimento viscoso che deforma i materiali sottoposti a sforzo costante ad alta temperatura. Per contro, tutte le altre proprietà meccaniche sono inferiori in un monocristallo rispetto ad un solido policristallino dello stesso materiale.
Conduttori elettrici
[modifica | modifica wikitesto]Il rame monocristallino ha una migliore conduttività rispetto al rame policristallino. Attualmente (2022) viene utilizzato almeno per la fabbricazione di cavi per auricolari di altissima gamma e fedeltà di resa come gli iKKO Asgard OH5 e vengono utilizzati, per applicazioni elettriche ad alto rendimento, metodi di produzione di cristalli di grandi dimensioni per conduttori di rame. Questi possono essere considerati meta-monocristalli con soli pochi cristalli per metro di lunghezza.
Nella ricerca
[modifica | modifica wikitesto]I monocristalli sono molto importanti per la ricerca specialmente nel campo della Fisica della materia condensata e in Scienze dei materiali. Lo studio dettagliato della struttura cristallina di un materiale tramite tecniche come la diffrazione di Bragg e lo scattering atomico dell'elio è molto facilitato con i monocristalli, che permettono di studiare la dipendenza direzionale delle varie proprietà.
Alcuni materiali mostrano superconduttività soltanto in campioni monocristallini e pertanto ne vengono prodotti esemplari specificamente destinati a questo scopo, anche quando per le altre proprietà sarebbe sufficiente una struttura policristallina.
Produzione
[modifica | modifica wikitesto]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/23/Monokristalines_Silizium_f%C3%BCr_die_Waferherstellung.jpg/130px-Monokristalines_Silizium_f%C3%BCr_die_Waferherstellung.jpg)
Nel caso del silicio e della fabbricazione di monocristalli metallici le tecniche utilizzate coinvolgono una cristallizzazione molto controllata e dunque relativamente lenta.
Le tecniche specifiche per produrre grandi monocristalli (denominati boule) comprendono il processo Czochralski e la tecnica di Bridgman. Possono essere utilizzati altri metodi meno esotici di cristallizzazione, a seconda delle proprietà fisiche della sostanza, includendo la sintesi idrotermica, la sublimazione o semplicemente la cristallizzazione basata sul solvente.
Una tecnologia differente per creare materiali monocristallini è chiamata epitassia. A partire dal 2009, questo processo viene usato per depositare strati molto sottili (su una scala che va dal micrometro al nanometro) dello stesso materiale o altri differenti sulla superficie di un monocristallo. Le applicazioni di questa tecnica risiedono nelle aree di produzione di semiconduttori, con usi potenziali in altri campi della nanotecnologia e della catalisi.
Note
[modifica | modifica wikitesto]- ^ (EN) Lee S. Langston, Crown jewels - These crystals are the gems of turbine efficiency, in Mechanical Engineering Magazine, The American Society of Mechanical Engineers, 2006. URL consultato il 13-03-2010 (archiviato dall'url originale il 25 marzo 2010).
Voci correlate
[modifica | modifica wikitesto]Altri progetti
[modifica | modifica wikitesto]Wikizionario contiene il lemma di dizionario «monocristallo»
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Collegamenti esterni
[modifica | modifica wikitesto]- (EN) "Small Molecule Crystallization" (PDF) Sito dell'Illinois Institute of Technology
Controllo di autorità | NDL (EN, JA) 00572661 |
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