晶体是如何形成的?

工业上有各种各样的用途，这些新兴的铜盐晶体被称为蓝硫酸。

多林·金德斯利/盖蒂图片

在物理学中，术语“晶体”描述了一种具有内部对称和相关规则表面图案的固体物质。这个结构叫做晶体结构，你可以用它来预测整个晶体中原子的组织[来源:百科全书；艾萨克斯等。］．

如果这种排列除了几个相邻的原子外还能继续进行，就叫做长期的订单，类似于中场乐队列队行进。液晶，如液晶显示器中的液晶，通常会落入短程有序(想象行军乐队分散钻成更小的亚单位)。固体晶体可以采用任何一种模式。方法如下:当晶体物质熔化时，它们会变成无定形，这意味着它们只显示短程订单。当它们冷却时，它们要么会回到长期形成状态，要么保持无定形，就像硅基的那样玻璃(来源:Arfken et al。；百科全书；艾萨克斯等。］．

扮演我们乐队成员角色的是离子(带正电或负电的原子)离子键或共价键.这些键组合成各种紧凑、稳定的形状，称为配位多面体(来源:班菲尔德；荷兰］．

为了更好地描绘这些协调的多面体，忘掉行军乐队吧，想象一下像在阿尔罕布拉宫发现的那样的几何马赛克。现在想象一下这个立体的马赛克，这样就入场券由立方体、金字塔形和菱形固体组成，每一种都描述了特定类型晶体中原子的排列。

在硅晶体中，硅的一个小中心离子可能被四个较大的氧离子包围，形成一个三角形金字塔，或四面体。在锰(II)氧化物中，一个较小的中心锰离子位于六个较大的氧离子中——一个在上面，一个在下面，四个在中间的正方形中，形成一个三维菱形，或八面体[来源:班菲尔德；荷兰；普渡大学］．

这3-D马赛克瓷砖可以包装成几种不同的图案，或格，在他们的角落里分享原子键，沿着边缘或沿着脸部。相同的元件可以呈现不同的布置，这两者都在其“瓦片形状”（协调多面体）及其马赛克图案（格子）方面。这些变化称为多晶型物，它们在确定晶体的性质方面起着关键作用。以碳为例:四面体排列时，它会形成众所周知的坚硬透明的钻石;分层排列的蜂窝，它会形成柔软的灰色石墨[来源:荷兰；普渡大学；UCSB.］．

结晶并不总是产生单晶。有时，自序过程开始于许多生长在一起的位点，形成沿不同方向排列的拼接晶格。这些多晶体，通常在快速冷却过程中形成，比单晶更坚固[来源：百科全书；百科全书；维吉尼亚大学］．加热时，较大的晶体可以吸收较小的晶体。因此，温度、压力、应力和应变都会影响晶体的特性，无论是在晶体的转化还是形成过程中。

也许是你试着用舌头抓住的唯一一种水晶？

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如果所有这些关于水晶的谈论都让你渴望自己种植一些，那么你是幸运的——或者不是，这取决于你想要种植什么。盐还是盐糖？确定。人造钻石?你很快就会明白为什么就连邦德里的大反派布洛菲尔德也决定把它们偷运出去。

你可以用三种主要方法中的一种来生产晶体:从蒸汽中、从溶液中或从熔体中。让我们从下面开始，一个一个地看看每一种方法气相沉积。

晶体可以从蒸汽中生长出来，这一事实不足为奇。毕竟，大气中的冰晶——我们称之为云和雪花——一直在这样做。它们积累是因为大气变得过饱和水分:它含有的水分超过了在给定温度和压力下所能容纳的水分，所以多余的水分会离开气态，聚集成结晶冰[来源:百科全书；利］．

其他类型的晶体——例如硅——可以从含有关键元素的过饱和气体中生长，但可能需要一点化学反应性的增强来实现这一点[来源：百科全书; 麦肯纳]。

在大多数情况下，这个过程是从一个微小的种子晶体开始的，当其他分子从悬浮液中出来时，它们会一层一层地附着在种子晶体上——这与碘化银晶体起作用的方式非常相似。”云种散播“通过为冰晶提供成核位置。这个过程需要极大的耐心，但它能产生令人惊讶的纯晶体[来源:百科全书; 麦肯纳]。

增长的解决方案蒸气生长共同份额，但液体取代气体作为过饱和介质。作为科学项目创建的盐和糖晶体是溶液种植晶体的良好实例。溶质方法在生长速度和晶体尺寸方面优于气体沉积。这就是为什么：以气态状态，蒸发的物质在其他天然气分子中晕眩的维也纳沃尔茨旋转，并且需要一段时间用于个体舞者离开地板并加入结晶集团。解决方案的行为更像是高中缓慢舞蹈，完整的晶体珠靠近表面附近，促进更快的增长。其用户友好性解释了为什么解决方案方法多年来主导合成晶体增长[来源：百科全书；zaitseva等。]。

第三个方法,增长融化这就要求首先将气体冷却到液态，然后将液体冷却到结晶状态。熔体法在制造多晶体方面表现出色，但也可以使用晶体拉拔、布里奇曼法和外延等技术来生长单晶体。让我们在下一节中更深入地了解它们。百科全书］．

大约1975年：高级实验室技术员查尔斯年轻观看蓝宝石水晶生长在康宁玻璃加拿大路植物的水晶种植者。晶体用于钠蒸汽灯。

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从历史上看，从熔体中培育晶体既是一门艺术，也是一门科学。今天，它需要许多高科技技术中的任何一种，这些技术可以精确地控制生长条件，有时是在分子尺度上。

在里面水晶拉在美国，一种机器会降低种子晶体，直到它刚好碰到一团融化的物质，然后逐渐将萌芽的种子向上移动，使其运动的时间与晶体的生长速度一致。改变移动速度就会改变水晶的直径。制造商们用这种方法在电脑芯片中培育大直径的硅晶体——这种方法似乎很合适，因为电脑也控制着拉丝过程。把它想象成硅生命周期。

在布里奇曼方法，制造商采用坩​​埚（用于加热物质的专用容器），锥形下端填充熔融材料，然后将其降低到冷却区域中。水晶生长在冷却的坩埚尖端踢出，然后随着坩埚继续向下工作。由于这种发生的方法，晶体形成区域保持在生长友好的温度区内，直到最后，坩埚的内容形成单晶[来源：百科全书；陈等人。；Yu和卡多纳·］．

外延(来自希腊计划免疫“在”+出租车“安排")提醒我们，有时生长晶体的最佳方法是在另一个晶体的顶部。然而，不仅仅是任何晶体都可以。首先，基底或衬底必须非常平坦，即使在原子尺度上也是如此。其次，由于衬底的结构强烈影响生长晶体的原子排列，因此它应该与所需的生长l相匹配尽可能靠近地面[来源：百科全书；方等。；牛津词典；Yu和卡多纳·］．想象一架子台球，然后在上面堆更多的球。你可以移动这些新球，但它们最终总是落在下面球之间的凹陷处。

外延是一个广泛的术语，包括一系列技术[来源:百科全书；Yu和卡多纳·]：

好了，关于消费电子产品的讨论就到这里。我们都知道，如果你没有这个，一切都没有意义珠宝。

克里斯托·盖尔，克里斯托·伯纳德，克里斯托·猴子——不，我们不是指任何一个。当我们说到著名的晶体时，当然，我们指的是珠光宝气。冰。岩石。拳头罗马焰火筒。

珠宝。

宝石是具有一定额外的晶体。叫它pizzzz。虽然我们倾向于将它们视为个体岩石，但许多宝石来自同一矿物质。它们之间的唯一差异是与其商标颜色拟订的结构特质和矿物质杂质。

红宝石和蓝宝石都是刚玉(结晶氧化铝)，但红宝石甜美的红色来自微量铬，铬在晶体结构中部分取代了铝，蓝宝石明亮的蓝色来自铁和钛杂质[来源:百科全书；凯］．

紫水晶和黄水晶是石英(晶体二氧化硅又称二氧化硅)的不同版本，天然无色。古希腊人认为石英是冰，冻得很硬，不会融化，所以他们把它叫做石英krystallos（“冰”），从而给了我们水晶这个词。淡黄色的柠檬酸来自过热的紫水晶，但专家们对紫水晶特有的紫色波普的确切原因存在分歧。一些人说它是氧化铁，而另一些人则喜欢锰或碳氢化合物[来源：班菲尔德；百科全书；百科全书］．

富含二氧化硅的矿物族，或硅酸盐，包括电气石，作为宝石和压电性能都很有价值，以及绿柱石，绿柱石是一个由海蓝宝石（浅蓝色-绿色）、翡翠宝石（深绿色）、太阳宝石（金黄色）和莫桑岩（粉色）组成的宝石族。迄今为止发现的最大的水晶是来自马达加斯加马拉基亚利纳的绿柱石。它长59英尺（18米），宽11英尺（3.5米），重达400吨（38万公斤）[来源：班菲尔德；百科全书；百科全书］．

硅酸盐只是几种元素晶体家族中的一种。氧化物（包括上述刚玉）含有氧作为带负电荷的离子；磷酸盐含有磷；硼酸盐与硼（B）结合；硫化物和硫酸盐与硫结合；卤化物与周期表中第VIIA族的氯和其他元素结合[来源：班菲尔德］．

碳酸盐家族含有丰富的晶体碳和氧气。珠宝商对文石最为了解，这是一种碳酸钙品种，牡蛎用它来制造珍珠。霰石可以在地质或生物过程中形成[来源:班菲尔德；百科全书］．

最后但不是最后,在墨西哥的奇瓦瓦州有令人惊叹的石灰岩洞穴称为平图拉斯河手洞de los水晶或水晶洞穴,贯穿着柔软,透明的水晶硒(一种透明石膏)如此之大(差不多30英尺或9米)他们矮人类洞穴探索者[来源:非洲酪脂树］．

那么世界上最大的水晶是什么呢?它可能真的存在于世界上。根据一些科学家的说法，地球的月球-大小的内核可以是一个巨大的铁晶体[来源:广泛的］．