أشباه البلورات
اشباه بلورات
Quasicrystals - Quasicristaux
أشباه البلورات
محمد خير صبرة
أشباه البلورات quasicrystals تمثل ابتعاداً تناظرياً عن البلورة المثالية ideal crystals والتي هي تكرار دوري لوحدات بنيوية متماثلة في فراغ ثلاثي الأبعاد. توصف هذه التكرارية بشبكة من نقاط الإحداثيات (تسمى عقداً) محددة فراغياً؛ بحيث يوجد عند كل عقدة من هذه الشبكة وحدة بنيوية واحدة مكونة من ذرة على الأقل. يمكن تمثيل هذه الشبكة بثلاثة متجهات مستقلة خطياً، تدعى المتجهات الأولية والتي تُمكِّن من الوصول إلى أي عقدة عن طريق متجه انسحاب معرّف بدلالتها. ُتصَّنف البلورات بحسب توضع المتجهات الأولية في الفراغ الهندسي في سبعة أنظمة: مكعبة ومعينية وأحادية الميل وسداسية وثلاثية الميل ورباعية ومتساوية الأحرف، وتتفرع هذه الأنظمة السبعة إلى أربع عشرة شُبيكة تسمى شُبيكات براڤي Bravais بحسب موقع الذرة/الذرات في الوحدة البنيوية.
يقتضي وجود هذا التكرار وجود تناظر انسحاب وفق المتجهات الأولية للبلورة، ويقيد هذا بدوره التناظرات الدورانية الممكنة بزاوية q=2p/n إلى خمس وهي n=1,2,3,4,6. ويلاحظ غياب التناظر المقابل لـ 5=n، ويقود تركيب التناظرين الانسحابي والدوراني إلى ما يسمى بالتناظر اللولبي، كما أن إضافة تناظر الانعكاس في المستوي لهما يؤدي إلى تناظر الانزلاق.
يؤدي فقدان التكرارية على أحد محاور البلورة المثالية إلى ما يسمى أشباه البلورات. اكتشفت هذه البلورات عام 1984 عندما نشر شيشتمان Shechtman ورفاقه بحثهم بعنوان الطور المعدني ذو الترتيب الموجه بعيد المدى وانعدام التناظر الانسحابي نتيجة دراسة سبيكة ألمنيوم – منغنيز بُردت بسرعة بعد تذويبها، وأظهروا طيف انعراج واضحاً يُبدي تناظراً دورانياً خماسي الطيات n=5. أتى هذا ليجيب عن سؤال حول عدم وجود هذا التناظر في الجوامد مع أنه يوجد في بعض النباتات والقشريات. واكتُشف التناظر الإثنا عشر في جسيمات سبيكة نيكل – كروم في العام التالي. وبعد ذلك سُجل طيف انعراج يُبدي دوراناً ثماني الطيات لسبائك فاناديوم – نيكل – سليكون. ومع مرور الزمن تم اكتشاف المئات من أشباه البلورات من مركبات متعددة؛ وذات تناظرات مختلفة، ولكنها كانت غير مستقرة حرارياً، وتعود إلى البلورة المثالية عند التسخين. واكتشف أول شبه بلورة مستقرة حرارياً في عام 1987 لتفتح الباب لتطبيقات كثيرة، وفي عام 2009 تم تقديم دليل على إمكانية تشكل أشباه البلورات في الشروط الطبيعية، على سبيل المثال يظهر الشكل (1) بقع الانعراج للخليطة Ho Mg Zn.
 |
| الشكل (1) مخطط انعراج للخليطةHo Mg Zn |
من الناحية النظرية هناك نوعان من أشباه البلورات: الأولى تدعى المضلعية وتملك محور تناظر من مرتبة 01 أو 8 أو 21 وهي دورية على طول هذا المحور، وشبه دورية في المستوي العمودي عليه، والثانية عشرينية الأوجه وهي غير دورية في جميع الاتجاهات. ومن جانب الاستقرار الحراري يمكن تمييز ثلاثة أنواع من أشباه البلورات: الأولى مستقرة ويتم تنميتها بالتبريد البطيء بصبهاcasting على نحوٍ متتالٍ، والثانية شبه مستقرة تحضر بطريقة الصهر بالتدويم meltspinning، أما الثالثة فهي شبه مستقرة وتشكل البلورة من الطور اللامتبلور.
إن الصفات الفريدة لأشباه البلورات أدت إلى استخدامها في تطبيقات مختلفة حيث تكون نتائجها أفضل من استخدام المواد الجسمية البلورية، ومن هذه التطبيقات طلي السطوح لاكتساب صفة القساوة وصناعة شفرات الحلاقة وأدوات الجراحة وتخزين الهدروجين.
|
مراجع للاستزادة: - L. Bindi, P. J. Steinhardt, N. Yao and P. J. Lu, Natural Quasicrystals, Science 324 (5932): 1306, 2009. - R. J. D. Tilley, Crystals and Crystal Structures, John Wiley & Sons Ltd, England 2006. - An Pang Tsai, Icosahedral Clusters, Icosahedral Order and Stability of Quasicrystals—a View of Metallurgy. Science and Technology of Advanced Materials 9: 013008 2008. - A. Yamamoto, Software Package for Structure Analysis of Quasicrystals, Science and Technology of Advanced Materials 9: 013001, 2008. |
- التصنيف : الكيمياء والفيزياء - النوع : الكيمياء والفيزياء - المجلد : المجلد الثاني مشاركة :
اخترنا لكم
المجلدات الصادرة عن موسوعة العلوم والتقانات
