O que são Monocristais(Bolinhos)?

Nos últimos post eu comentei muito sobre minha pesquisa com monocristais, entretanto, não comentei detalhadamente o que é exatamente um bolinho monocristal. Tentarei abordar as definições sem muito formalismo ou definições mais técnicos, pois eu também ainda estou estudando rede cristalina e ciência dos materiais. Como de costume no final do post irei deixar algumas referências para mais detalhes.

Primeiramente iremos vê algumas estruturas de alguns tipos de cristais e assim será mais simples fazemos uma comparação e chegar as definições.

• Monocristais

Um monocristal tem uma rede cristalina fixa indiferente da posição que você observa sua rede cristalina a imagem abaixo mostra muito bem a configuração da célula unitária* em dois e três dimensões de um monocristal. Para o estudo ciência dos matérias, quanto para física da matéria condensada a orientação de um material é muito importante, porque dependendo da orientação que está posicionado ele pode reagir diferente. Por exemplo, aqui na UFABC fazemos medidas campo magnética temos um equipamento chamado SQUID VSM**, que aplica um campo magnética no material e observa sua reação ao campo(farei ainda um post explicando esse tipo de medida). Existem materiais que reagem diferente(anisotropia) dependendo de sua orientação, ou seja, se você deixar sua amostra paralelo ou perpendicular ao plano terá resultados distintos.

Monocristal de MgO sua orientação é a mesma em todas direções.

O monocristal se tem essa vantagem de sua célula unitária ter mesma disposição em todo o material, todavia é um tipo de cristal muito difícil de crescer(sintetizar), pois como veremos a seguir os materiais que conhecemos tendem a serem policristalinos.

• Policristais

Como provavelmente você deve está imaginando os policristais não há uma orientação para sua rede cristalina. As células unitárias estão em várias disposições, assim mostrado na figura seguinte. Porém, os materiais policristalinos estão por todo a parte no nosso cotidiano, pois para crescer e até mesmo fabricar em largas escala esse material não é difícil, como o cristal anterior. Seu, carro, bicicleta e até mesmo o ônibus que você pega há ligas de metais que são policristalinas.

Um material cristalino formado várias células unitárias e diferente disposições.

Mas para o estudo da matéria condensada os policristais não são tão interessantes assim, porque sem saber sua orientação certas medidas e observações não podem ser feitas, entretanto, muitas técnicas de crescimento utilizam pó de um material policristalino para chegar num material monocristalino.

• Amorfos

Esse tipo material eu nunca estudei de perto, mas são materiais que temos relativamente o grande contato com eles. O maior exemplo de um material amorfo são vidros e a técnica de fabricação de vidro são umas das mais interessante que eu conheci até agora. Na antiguidade mais exatamente no Egito Antigo eles perceberam ao fundir areia(que possui quartzo na sua composição) e ao resfria-los rapidamente conseguiam materiais que eram quase transparente. Hoje temos diversas técnicas para vidro com diversos tipos de substância, como dióxido de silicio(SiO2), carbonato de sódio(Na2CO3) e carbonato de cálcio(CaCO3). Utilizando resfriamentos extremamente rápido quase um grau celsius por segundo, essa técnica chama-se Melt Spinning.

Diferença entre um material "cristal solido" e um material "amorfo solido" no nível microscópico.

• Bolinho Feio Quasicristais 

Não entrarei em muito detalhes sobre tipo de cristal, porque ele é uma "anomalia" e já foi uma berração para muitos no passado, inclusive para o grande físico, Linus Pauling, que não faleceu rejeitando a ideia de quasicristais. No ano de 1982 o físico Dan Shechtman(laureado em 2011 com o nobel da química) estudando materiais amorfos(curioso) ele acabou desenvolvido o primeiro quasicristal da história, entretanto, por leis de simetrias e algumas outras teorias que funcionavam muito bem naquela época, ele foi preterido por quase toda acadêmia e Pauling até mesmo escreveu uma carta aberta para prestigiosa revista Nature assim criticar a "farsa dos quasicristais"

Todavia, nos anos seguintes diversos pesquisadores conseguiram crescer diferente tipos de quasicristais e na década de noventa uma nova formulação matemática explicaria a "quasiperiodicidade" desses materiais.

Particularmente uma das geometrias mais belas da natureza a "quasiperiodicidade".

Podemos definir monocristais, como cristais(materiais) que possuem nenhuma diferença de sua rede cristalina em relação a sua orientação, portanto suas células unitária é a mesma em quaisquer direção.

Monocristal x Policristal x Amorfo

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*Célula Unitária: é o menor agrupamento de átomos representativo de uma determinada estrutura cristalina específica.

** http://www.qdusa.com/products/mpms3.html // SQUID VSM Quantum Design.

Referencias:

Why are quasicrystals quasiperiodic - Walter Steurer - Chem Soc Rev, volume 41, number 20, 21/10/2012 - pages 6709-6848  // quase tenha interesse me deixe uma mensagem e eu manderei o pdf.

SOLUTION GROWTH OF INTERMETALLIC SINGLE CRYSTALS: A BEGINNER’S GUIDE. - Paul C. Canfield - Euroschool Article // também posso enviar o artigo.

Materials Science and Engineering an Introduction - William D. Callister, Jr. and David G.

http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/metal-forming-1/single_crystal.php // comenta um pouco mais da diferença entre monocristais e policristais.