Styrkur

Hágæða stál hefur jafn styrk 1 000 MPa. Á meðan, þegar í 1923 ár voru reiknuð út, að kristalstyrkur venjulegs borðsalts ætti að vera 5000 MPa, svo fimm sinnum meira. Samkvæmt sömu útreikningum ætti hreint járn að hafa enn meiri styrk, því þangað til 13500 MPa, því er lokið 50 sinnum meira en raunverulegur styrkur tæknijárns. Athyglisvert, járn er alls ekki það sterkasta. Létt grafít, sem við getum auðveldlega brotið jafnvel þegar við brýnum blýant, það ætti að vera endingarbetra en járn, næstum þrefalt meira. Þýðir, að á stöng úr grafít af sömu þykkt og grafítið í blýanti, við gætum frestað hlaðnum gömlum eða fjórum pólskum Fiats 125 bls.

Hvaðan komu þessi gögn? Á hvaða grundvelli voru þessir útreikningar gerðir? Áður en við svörum þeirri spurningu, við skulum muna, ze málmur, alveg eins og borðsalt, hafa kristalla uppbyggingu. Uppbygging kristalgrindar málma er mismunandi, en það sem þau eiga öll sameiginlegt er að þetta er, að grindurnar þeirra eru gerðar úr atómum frumefnis, myndun þessa grindar er vegna tengikrafta frumeinda. Og hér liggur svarið við spurningunni. Það er einmitt á grundvelli útreiknings á aðdráttaröflum milli atóma kristalgrindarinnar sem hægt er að reikna út fræðilegan styrk efnanna.

Því miður, fræðilegir útreikningar sýna okkur aðeins stefnu leitarinnar, og þær gefa engar hagnýtar niðurstöður. Til að fá styrk járnsins jafnt og reiknað, við yrðum að framleiða fullkomlega samræmda staka kristalla. Kristallar, þar sem aðeins væru járnatóm án erlendra óhreininda. Þar að auki ætti að raða öllum atómum mjög reglulega, þannig að frumeind sem er staðsett við horn eins frumkristals er samtímis frumefni aðliggjandi frumagnar.

Við höfum því tvo erfiðleika að vinna: það fyrsta - óhreinindi í kristöllunum og það síðara – misleitni uppbyggingar þeirra. Getum við gert það??

Nútíma eðlisfræðingar, og æ oftar raftæki „óska eftir” ég, mikilvægara, fá germanium staka kristalla (einn mikilvægi hálfleiðarinn) o czystości „siedmiu dziewiątek’. Þýðir, að í hálfleiðara eins kristals germanium ætti það að vera 99,99999% germanu. Aðeins eitt framandi frumefnisatóm á 10 milljón germanium atóm.

Myndin hér að ofan sýnir ljósmynd af kristalnum sem tekin var með rafeindasmásjá stækkuð tveimur milljón sinnum. Regluleiki uppbyggingar þessa kristals raskaði aðeins einu erlendu atómi. Sem slíkur galli minnkar styrkur efnisins og aðrir eiginleikar þess breytast. Sameining bygginga, hægt að útrýma skorti á röðun atóma í kristalgrindunum, t.d.. með því að ýta tilviljanakenndum dreifðum atómum í venjulegt rist. Þannig fáum við göfugan demant með því að kreista venjulegt grafít. Því miður, þrýstingur sem þarf til þessa er tugir, og jafnvel hundruð þúsunda andrúmslofts. Til að forðast þetta, fleiri og fleiri nýir eru notaðir, betri aðferðir við „ræktun” fullkomlega einsleitir einn kristallar.

Margir málmar hafa þegar verið fengnir með ræktunaraðferðinni, þ.mt járn. Því miður eru þeir þynnri en mannshár og ekki lengri en nokkrir sentimetrar. Rannsóknir á þessum einstöku kristöllum hafa sýnt réttmæti fræðilegra útreikninga: Styrkur járn stakra kristalla var jafn 13360 MPa, svo aðeins frv. 140 minni MPa en reiknaður styrkur. Reiknaður saltstyrkur var einnig staðfestur. Vaxinn risastór einn kristall að lengd 60 cm og í þvermál 1 sentimetri, afar hreint - eitt erlent atóm á milljarð atóma af klór og natríum - hafði styrk meiri en úrvalsstál.

Svo fullkomið, þó getum við ekki fengið svo hreina kristalla með neinni af aðferðunum sem lýst er hér að ofan. Í því ferli að fá tilbúna gimsteina, þá er okkur yfirleitt ekki sama um slíka fullkomnun kristalla, eins og eðlisfræðingar eða raftæki krefjast.