دوقلویی کریستال

دوقلویی کریستال زمانی اتفاق می افتد که دو کریستال جداگانه برخی از نقاط شبکه کریستالی را به صورت متقارن به اشتراک می گذارند. نتیجه رشد دو کریستال جداگانه در چندین شکل خاص است. سطحی که در آن نقاط شبکه در کریستال های دوقلویی مشترک هستند ، یک سطح ترکیب یا صفحه دوقلویی نامیده می شود.

نمودار بلورهای دوقلوی آلبیت . بر روی شکاف کامل تر ، که به موازات صفحه اصلی (P) است ، یک مجموعه از شیار ریز ، به موازات شکاف دوم (M) است.

کریستالوگرافیستها کریستالهای دوقلویی را بر پایه چند قاعده دوقلویی دسته بندی می کنند. این قواعد دوقلویی مختص سیستم کریستالی است . نوع دوقلویی می تواند یک ابزار تشخیصی در شناسایی مواد معدنی باشد. دوقلویی یک مکانیسم مهم برای تغییر شکل دائمی در کریستال است. [۱]

دوقلویی اغلب می تواند در کریستالوگرافی اشعه ایکس مشکل ایجاد کند ، زیرا یک کریستال دوقلویی الگوی پراش ساده تولید نمی‌کند.

قواعد دوقلوییویرایش

قواعد دوقلویی یا توسط صفحه های دوقلویی خود (یعنی {hkl}) یا با جهت محورهای دوقلویی (یعنی [hkl]) مشخص می شوند. اگر قاعده دوقلویی با یک سطح ترکیب صفحه ای ساده مشخص شود ، صفحه دوقلویی همیشه موازی با یک وجه کریستال است و هرگز به موازات یک صفحه تقارن موجود نیست (به یاد داشته باشید که دوقلویی تقارن را می افزاید).

اگر قاعده دوقلویی یک محور چرخش باشد ، سطح ترکیب خلاف رویه خواهد بود ، محور دوقلویی عمود بر یک صفحه شبکه خواهد بود ، اما هرگز یک محور چرخش با تعداد تقارن زوج، از تقارن موجود نخواهد بود. به عنوان مثال ، دوقلویی نمی‌تواند در یک محور تقارن 2تایی جدید که موازی با محور 4تایی موجود است ، رخ دهد. [۲]

قواعد متداول دوقلوییویرایش

در سیستم ایزومتریک ، متداول ترین انواع دوقلویی ها یکی قاعده اسپینل (صفحه دوقلویی ، موازی با اکتاهدر ) است، [111] که در آن محور دوقلویی عمود بر یک وجه هشت وجهی می باشد، و دیگری [Iron Cross [001 می باشد که تلاقی دو pyritohedron(نوعی دوازده وجهی غیرمنظم مرکب از دو پنج وجهی ) است.

در سیستم شش وجهی ، کلسیت قواعد دوقلویی تماسی {0001} و {0112} را نمایش می دهد. کوارتز قاعده برزیل {1120} و قاعده [Dauphiné [0001 را نمایش می دهد که دوقلویی نفوذی ناشی از تغییر شکل و قاعده ژاپن {1122} است که غالباً در اثر تصادفات حین رشد ناشی می شود.

در سیستم تتراگونال ، دوقلویی های تماسی حلقوی قابل مشاهده ترین نوع دوقلویی هستند ، مانند دی اکسید تیتانیوم روتیل و اکسید قلع سوزنی .

در سیستم اورتورمبیک ، کریستال ها بیشتر بر روی صفحه هایی به موازات وجه منشور ، دوقلویی ایجاد می کنند که متداول ترین آن یک دوقلویی {110} است که دوقلویی هایی حلقوی مانند آراگونیت ، کرایزوبریل و کریزیت تولید می کند .

در سیستم مونوکلینیک ، دوقلویی بیشتر در صفحه های {100} و {001} توسط قاعده {Manebach {001 ، قاعده کارلسباد [001] ، قاعده {Braveno {021 در ارتوکلاز ، و {Swallow Tail Twins {001 در سنگ گچ رخ می دهد.

در سیستم تریکلینیک ، متداول ترین دوقلویی کریستال ها، کانی های فلدسپات پلاژیوکلاز و میکروکلین هستند . این مواد معدنی قواعد آلبیت و پریکلین را نمایش می دهد. [۲]

انواع دوقلوییویرایش

 
کوارتز - دوقلویی ژاپن
 
دوقلویی iron cross پیریت

بلورهای ساده دوقلویی ممکن است دوقلویی های تماسی یا دوقلویی های نفوذی باشند. دوقلویی های تماسی یک سطح ترکیب واحد را به اشتراک می گذارند که اغلب به عنوان تصاویر متقارن در طول مرز ظاهر می شوند. پلاژیوکلاز ، کوارتز ، گچ و اسپینل غالباً دوقلویی تماسی را نمایش می دهند. دوقلویی Merohedral زمانی رخ می دهد که شبکه دوقلویی های تماسی در سه بعد روی هم قرار گیرند، مانند چرخش نسبی دوقلویی ها. نمونه ای از آن متازونریت است . در دوقلویی های نفوذی کریستالهای جداگانه ظاهر عبور از یکدیگر را به شکلی متقارن دارند. ارتوکلاز ، استورولیت ، پیریت و فلوریت غالباً دوقلویی نفوذس را نمایش می دهند.

 
سطح گالوانیزه شده با ویژگی های کریستالی ماکروسکوپی. مرزهای دوقلویی به عنوان مرزهای موجود در هر بلور قابل مشاهده است ، برجسته ترین در پایین سمت چپ و بالا سمت راست.

اگر چندین کریستال دوقلویی با قاعده دوقلویی یکسان تراز شوند ، به آنها دوقلویی های متعدد یا مکرر گفته می شود . اگر این دوقلویی های متعدد به صورت موازی تراز شوند ، به آنها دوقلویی های پلی سینتیک گفته می شوند . هنگامی که چند دوقلویی موازی نباشند ،به آنها دوقلویی های حلقوی گفته می شود . آلبیت ، کلسیت و پیریت غالباً دوقلویی های پلی سینتیک را نمایش می دهند.دوقلویی پلی استنتزیک کم فاصله ، اغلب به صورت شیار یا خطوط موازی نازک روی وجه کریستال مشاهده می شود. روتیل ، آراگونیت ، سروسیت و کرایزوبریل اغلب دوقلویی حلقوی را نمایش می دهند ، به‌طور معمول در یک الگوی تابشی. اما به‌طور کلی ، بر اساس رابطه بین محور دوقلویی و صفحه دوقلویی ، 3 نوع دو قلویی وجود دارد:

1-دوقلویی موازی ، هنگامی که محور دوقلویی و صفحه ترکیبی به موازات یکدیگر قرار دارند ،
2-دوقلویی عمودی ، هنگامی که صفحه دوقلویی و صفحه ترکیبی به صورت عمود بر هم قرار دارند ، و
دوقلویی پیچیده ، ترکیبی از دوقلویی موازی و دوقلویی عمودی در یک صفحه ترکیبی.

حالت های شکل گیریویرایش

سه حالت تشکیل بلورهای دوقلویی وجود دارد. دوقلوهایی رشد نتیجه وقفه یا تغییر در شبکه ،در حین شکل گیری یا رشد، به دلیل تغییر شکل احتمالی ناشی از یک یون جانشینی بزرگتر است. دوقلویی های آنیلینگ یا تغییر شکل نتیجه تغییر در سیستم کریستالی هنگام خنک شدن هستند، به این صورت که یک فرم ناپایدار می شود و ساختار کریستال باید دوباره سازمان یافته گردد یا به فرم پایدار دیگری تبدیل شود.دوقلویی های سرسره یا تغییر شکل نتیجه تنش روی کریستال پس از تشکیل کریستال است. اگر فلزی با ساختار (fcc) ، مانند آلومینیوم ، مس ، نقره ، طلا و غیره تحت تنش قرار بگیرد ، دوقلویی به وجود خواهد آمد. تشکیل و مهاجرت مرزهای دوقلویی تا حدودی باعث شکل پذیری و قابلیت انعطاف پذیری فلزات fcc می شود. [۳]

دوقلویی تغییر شکل یک نتیجه معمول از دگرگونی منطقه ای است . دوقلویی کریستال در تحقیقات کوهزایی نیز به عنوان شناساننده جهت نیرو در فرایندهای ایجاد کوهستان ،به کار می رود.

کریستالهایی که در مجاورت یکدیگر رشد می کنند ممکن است به گونه ای ردیف شوند که شکلی شبیه به دوقلویی به خود بگیرند. باید توجه داشت که این نوع رشد موازی به سادگی انرژی سیستم را کاهش می دهد و دوقلویی نیست.

مکانیسم های شکل گیریویرایش

دوقلویی می تواند با جابجایی مشارکتی اتم ها در صفحه مرز دوقلویی اتفاق بیفتد. ضمناً این اتفاق که با جابجایی تعداد زیادی اتم همراه است نیاز به انرژی قابل توجهی نیز دارد. بنابراین ،تنش تئوری مورد نیاز برای تشکیل یک دوقلویی بسیار زیاد است. اعتقاد بر این است که دوقلویی با حرکت نابجایی در مقیاسی هماهنگ ، که بر خلاف لغزش می باشد همراه است ، که در اثر سر خوردن مستقل در چندین مکان در بلور ایجاد می شود .

دوقلویی و لغزش مکانیسم هایی هستند که برای تغییر شکل بلور با یکدیگر رقابت می کنند. هر مکانیسم در سیستمهای کریستالی خاص و تحت شرایط خاص غالب است. در فلزات fcc ، لغزش تقریباً همیشه غالب است زیرا تنش مورد نیاز به مراتب کمتر از تنش دوقلویی است.

در قیاس با لغزش ، دوقلویی الگویی را در تغییر شکل به وجود می آورد که در طبیعت نامتجانس تر است. این تغییر شکل یک شیب محلی در طول ماده و نزدیک تقاطع های دوقلویی ها و مرزهای دانه ایجاد می کند. این شیب تولید شده در تغییر شکل می تواند موجب شکست در امتداد مرزها شود ، به ویژه در فلزات انتقالی BCC در دماهای کم.

مرزهای دوقلوییویرایش

 
چرخش پنج گانه در نانوذرات طلا ( میکروگراف الکترونی ).

مرزهای دوقلوی وقتی اتفاق می افتند که دو کریستال از یک نوع در هم تنیده می شوند به‌طوری که فقط ناهمخوانی جزئی در جهت بین آنها وجود دارد. این پیوند کاملاً متقارن است و اکثر اوقات یک کریستال با دیگری متقارن است. همچنین ،اتم ها بین دو کریستال در فواصلی منظم به اشتراک گذاشته شده اند. این همچنین پیوندی بسیار کم انرژی تر از مرزهای دانه است که هنگامی شکل میگیرد که بلورهایی در جهت گیری های دلخواه همراه یکدیگر رشد می کنند. مرزهای دوقلویی نیز ممکن است درجه تقارن بالاتری را نسبت به بلور واحد نشان دهند. به این دوقلویی ها دوقلویی های تقلیدی یا شبه متقارن گفته می شود.

ظهور در ساختارهای مختلفویرایش

از بین سه ساختار کریستالی متداول bcc ، fcc و hcp ، ساختار hcp بیشترین احتمال را برای تشکیل دوقلویی های تغییر شکل در هنگام کرنش دارد ، زیرا به ندرت تعداد کافی از سیستمهای لغزش برای تغییر شکل دلخواه دارند. نرخ کرنش بالا ، انرژی کم در شکاف و درجه حرارت پایین دوقلویی تغییر شکل را تسهیل می کند. [۱]

  1. ۱٫۰ ۱٫۱ Courtney, Thomas H. (2000) Mechanical Behavior of Materials, 2nd ed. McGraw Hill. شابک ‎۱-۵۷۷۶۶-۴۲۵-۶
  2. ۲٫۰ ۲٫۱ Nelson, Stephen A. (2013) Twinning, Polymorphism, Polytypism, Pseudomorphism. Tulane University
  3. Che Lah, Nurul Akmal and Trigueros, Sonia (2019). "Synthesis and modelling of the mechanical properties of Ag, Au and Cu nanowires". Sci. Technol. Adv. Mater. 20 (1): 225–261. doi:10.1080/14686996.2019.1585145. PMC 6442207. PMID 30956731.

مطالعه بیشترویرایش

Hurlbut, Cornelius S.; Klein, Cornelis, 1985, Manual of Mineralogy, 20th ed., شابک ‎۰-۴۷۱-۸۰۵۸۰-۷