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क्रिस्टल में दोष
क्रिस्टलों को अक्सर सही संरचनाओं के रूप में माना जाता है, लेकिन ये उनकी अपूर्णताओं के बिना नहीं होते हैं। इन अपूर्णताओं या अनियमितताओं को दोष के रूप में जाना जाता है। इन दोषों को समझना ठोस अवस्था रसायन विज्ञान के क्षेत्र में महत्वपूर्ण है और सामग्री के भौतिक गुणों जैसे विद्युत चालकता, यांत्रिक शक्ति और ऑप्टिकल व्यवहार को निर्धारित करने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। इस विस्तृत चर्चा में क्रिस्टल दोषों के विभिन्न प्रकार, उनके कारण और उनके परिणामों की जांच की जाएगी।
क्रिस्टलीय ठोसों का परिचय
क्रिस्टल दोषों को पूरी तरह से समझने के लिए, पहले क्रिस्टलीय ठोसों की प्रकृति पर विचार करना महत्वपूर्ण है। क्रिस्टलीय ठोसों की विशेषता एक व्यवस्थित, पुनरावृत्त व्यवस्था द्वारा होती है, जिसमें परमाणु, आयन या अणु शामिल होते हैं। यह क्रम लंबे दूरियों तक फैलता है, इसके विपरीत, अमोर्फस ठोस जहां ऐसी नियमितता अनुपस्थित होती है।
ठोस | संरचना | उदाहरण
-------|---------------|------------------
क्रिस्टल | व्यवस्थित | क्वार्ट्ज़ (SiO₂)
अमोर्फस | अव्यवस्थित | काँचसभी क्रिस्टल कुछ अपूर्णताएँ हो सकती हैं, जो क्रिस्टल के आरंभिक निर्माण के दौरान हो सकती हैं या पर्यावरणीय कारकों के कारण बाद में उत्पन्न हो सकती हैं।
क्रिस्टल दोषों के प्रकार
क्रिस्टल में दोष को व्यापक रूप से बिंदु दोष, रेखा दोष और तल दोष में वर्गीकृत किया जा सकता है।
- बिंदु दोष: ये स्थानीयकृत दोष होते हैं और इनमें रिक्त स्थान, अंत: स्तरीय और प्रतिस्थापन दोष शामिल होते हैं।
- रेखा दोष: जिन्हें विखंडन के रूप में भी जाना जाता है, ये दोष क्रिस्टल संरचना में एक रेखा के साथ उत्पन्न होते हैं।
- तल दोष: ये द्विविमीय दोष होते हैं, जिनमें अनाज की सीमाएँ और स्टैकिंग दोष शामिल होते हैं।
बिंदु दोष
बिंदु दोष क्रिस्टल जाली के भीतर कुछ समीपी परमाणुओं की व्यवस्था को प्रभावित करते हैं।
1. रिक्त स्थान
क्रिस्टल में एक रिक्ति तब होती है जब एक परमाणु अपनी जाली स्थिति से गायब हो जाता है। इससे संरचना में एक खाली स्थान बनता है। रिक्तियाँ प्राकृतिक रूप से क्रिस्टल वृद्धि प्रक्रिया के दौरान हो सकती हैं या बाहरी प्रभाव जैसे तापमान वृद्धि द्वारा प्रस्तुत की जा सकती हैं।
[ A ] [ A ] [ ] [ A ] [ A ]
--------------------------------------
रिक्त स्थानरिक्तियाँ क्रिस्टल की एंट्रोपी को बढ़ाती हैं लेकिन इसकी घनत्व को घटाती हैं। वे विसरण जैसी प्रक्रियाओं में भी भूमिका निभा सकती हैं, जहां परमाणु अक्सर रिक्त स्थानों के माध्यम से सामग्री में प्रवेश करते हैं।
2. अंत: स्तरीय
अंतर-संत्रास दोष तब होते हैं जब अतिरिक्त परमाणु नियमित जाली स्थलों के बीच के स्थानों (खाली स्थानों) में स्थित होता है। ये परमाणु जाली परमाणुओं के समान प्रकार के हो सकते हैं या अलग हो सकते हैं।
[ A ] [ A ] [ A ]
| |
[A]-[A]-[ A ]-[A]-[A]
| | (अंतर-संत्रास)
[ A ] [ A ] [ A ]अंतर-संत्रास परमाणु एक क्रिस्टल में विकृति पैदा कर सकते हैं और यांत्रिक गुणों जैसे कठोरता और आंसूदृढ़ता को प्रभावित कर सकते हैं।
3. प्रतिस्थापन दोष
एक प्रतिस्थापन दोष में, एक विभिन्न प्रकार का परमाणु क्रिस्टल जाली में एक परमाणु को प्रतिस्थापित करता है।
[ A ] [ B ] [ A ]जहां 'B' 'A' को प्रतिस्थापित करता है।
ये दोष उत्पन्न हो सकते हैं जब एक विदेशी परमाणु क्रिस्टल में प्रवेश कर जाता है, या तो जानबूझकर, जैसे मिश्रधातु बनाने में, या अनजाने में वृद्धि प्रक्रिया के दौरान।
रेखा दोष
रेखा दोष या विस्थापन बिंदु दोषों की तुलना में बड़े होते हैं और अक्सर क्रिस्टल की यांत्रिक गुणों पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालते हैं।
1. किनारा विस्थापन
किनारा विस्थापन तब होता है जब क्रिस्टल संरचना में एक अतिरिक्त आधा विमान का परमाणु प्रवेश कर जाता है। इस प्रकार के विस्थापन को उस रेखा के साथ विशिष्टित किया जाता है जिसके साथ दोष स्थानीयकृत होता है।
[ ]
--> [ A ]-[ A ]-[ A ]-[ A ]
[ A ]-[ A ]-[ A ]-[ A ] (किनारा विस्थापन)
[ ]किनारा विस्थापन की उपस्थिति नियमित जाली को विकृत कर देती है और सामग्री को दबाव के तहत विकृत होने देती है, जिससे प्लास्टिक विकृति जैसी घटनाएँ होती हैं।
2. स्क्रू विस्थापन
किनारा विस्थापन के विपरीत, स्क्रू विस्थापन में, विस्थापन रेखा के चारों ओर लैटिस स्तर घुमावदार होते हैं। यह कर्षण दबाव के कारण होता है।
लेयर 3 +------> -| |
लेयर 2| -+
+--------|-+
| लेयर 1 |
+-----------+ (स्क्रू विस्थापन)तल दोष
तल दोष द्विविमीय होते हैं और इसमें ऐसे क्षेत्र शामिल हो सकते हैं जहाँ क्रिस्टल जाली का उन्मुखन बदलता है, जैसे कि अनाज की सीमाएँ और स्टैकिंग दोष।
1. अनाजों की सीमाएँ
अनाजों की सीमाएँ तब बनती हैं जब दो विभिन्न क्रिस्टलीय अनाज या क्रिस्टल मिल जाते हैं। ये सीमाएँ सामग्री की ताकत और यांत्रिक व्यवहार को प्रभावित कर सकती हैं।
(अनाज A) (अनाज B)
#########|############
#########|############
#########|############जितनी अधिक अनाज सीमाएँ एक क्रिस्टल में होती हैं, उतना ही यह सामग्री की कठोरता को प्रभावित करती हैं, जिससे कठोरता जैसी गुणों में वृद्धि होती है।
2. स्टैकिंग दोष
स्टैकिंग दोष तल दोष होते हैं जो क्रिस्टल विमानों के स्टैकिंग में अनियमित अनुक्रम से उत्पन्न होते हैं।
...ABC ABC ABC AC ABC ABC... (स्टैकिंग दोष)यह दोष क्रिस्टल के यांत्रिक और विद्युत गुणों को प्रभावित कर सकता है।
क्रिस्टल दोषों के परिणाम
क्रिस्टल दोष, यद्यपि अपूर्णताएँ कहलाते हैं, सामग्री के गुणों और व्यवहार को समझने के लिए अनिवार्य हैं। दोषों के कुछ मुख्य प्रभाव इस प्रकार हैं:
- विद्युत गुण: दोष इलेक्ट्रॉनों या छिद्रों के लिए ट्रैप्स के रूप में कार्य कर सकते हैं, और विद्युत चालकता को बदल सकते हैं। उदाहरण के लिए, सेमीकंडक्टरों में प्रतिस्थापन दोष सामग्री की बैंड संरचना को बदल सकता है, जिससे इसकी कार्यक्षमता प्रभावित होती है।
- यांत्रिक गुण: क्रिस्टल संरचनाओं में विकृति विखंडनों की गति से सुगम होती है। यह आंसूदृढ़ता बढ़ा सकता है या इसके विपरीत, विकलता बढ़ा सकता है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि किस प्रकार और कितनी घनता के विखंडन होते हैं।
- प्रेरक गुण: उच्च सांद्रता वाले दोषों की सतहें ऊर्जस्वी प्रेरक गतिविधि प्रदर्शित कर सकती हैं। दोष प्रतिक्रियाओं के लिए सक्रिय स्थलों को प्रदान करते हैं।
पाठ्यगुण और कार्यात्मक अनुप्रयोग
कुछ अनुप्रयोग क्रिस्टल दोषों की उपस्थिति का लाभ उठाते हैं:
- सेमीकंडक्टर प्रौद्योगिकी: दोषों का नियंत्रित परिचय (डोपिंग) इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में सेमीकंडक्टर के संचालन के लिए मौलिक है।
- मिश्रधातु: मजबूत मिश्र धातुओं के सुधारे हुए गुण अक्सर दोष इंजीनियरिंग के कारण होते हैं, जो पहनने के विरुद्ध मैकेनिकल लचीलापन बढ़ाती है।
- सिरेमिक: कुछ सिरेमिक के प्रकाशीय गुण दोष संबंधी संरचना और संरचना में परिवर्तन के कारण होते हैं।
निष्कर्ष
क्रिस्टल दोषों का अध्ययन एक व्यापक क्षेत्र है, जो सामग्री के मौलिक गुणों के बारे में जानकारी प्रदान करता है। इन दोषों की पहचान और नियंत्रण से रसायनज्ञों और सामग्री वैज्ञानिकों को ऐसी सामग्री डिजाइन करने की अनुमति मिलती है जिनमें विविध औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए अनुकूलित गुण होते हैं। "अपूर्ण" क्रिस्टल की अवधारणा आधुनिक प्रौद्योगिकियों में उन्नतियों के लिए मौलिक है।
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