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Kristalle

Festkörper, deren Bausteine (Atome, Ionen oder Moleküle) in guter Näherung dreidimensional periodisch angeordnet sind. Abweichungen von der strengen Periodizität ergeben sich durch die endliche Ausdehnung des Kristalls und durch die Gitterfehler. Ausserdem bewirken Wärmeschwingungen, dass Periodizität höchstens im Zeitmittel, nicht aber zu jedem herausgegriffenen Zeitpunkt vorliegt. Die wissenschaftliche Disziplin der Erforschung des Aufbaus und der Eigenschaften der Kristalle ist die Kristallographie. Die Ermittlung der einem Kristall zugeordnete Idealstruktur ist Gegenstand der Kristallstrukturanalyse. Die Symmetrie der Kristallstrukur wird durch eine der 230 Raumgruppen charakterisiert, die ihrerseits in Kristallklassen und Kristallsysteme zusammengefasst werden. Als Einkristall bezeichnet man einen aus einem einzigen Kristall bestehenden Körper. In vielen Fällen, z.B. bei Metallen und keramischen Werkstoffen, tritt hingegen eine Vielzahl von Kristallen unterschiedlicher Orientierung innerhalb eines Festkörpers auf (Polykristall).

Viele typische Eigenschaften der Kristalle lassen sich aus deren Idealstruktur erklären. Dazu gehören die bei unbehindertem Wachstum ebenen Grenzflächen von Kristallen, die miteinander charakteristische Winkel einschliessen (Rationalitätsgesetz), die Anisotropie vieler Eigenschaften, wie Wärmeleitfähigkeit, optische Doppelbrechung, Spaltbarkeit. Andere, »strukturempfindliche« Eigenschaften, z.B. Ionen- und Elektronenleitfähigkeit in Halbleiter- und Ionenkristallen, spezifische Wärmekapazität, elektrischer Widerstand von Kristallen, werden jedoch gerade von den Abweichungen des wirklichen Kristalls vom idealen Aufbau wesentlich beeinflusst. Dem Verständnis derartiger Eigenschaften von Kristallen dient das Modell des Realkristalls oder der Realstruktur. Es beschreibt insbesondere Kristallbaufehler wie Versetzungen, Frenkel-Defekte und Schottky-Defekte. Als Methoden zur Untersuchung von Kristallstrukturen und Kristallbaufehlern kommen spezielle Röntgenbeugungsverfahren, Elektronenmikroskope sowie indirekte Methoden, die auf Änderung dieser strukturempfindlichen Eigenschaften beruhen, in Frage.

 

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