結晶構造とは

多くの固体と一部の結晶性液体は、結晶構造または結晶格子として知られる、規則的な繰り返しの原子の三次元配列を持っています。 対照的に、アモルファス固体は、そのような長距離の繰り返し構造を欠くガラスなどの固体材料の一種です。 結晶性固体または液体の物理的、光学的、電気的特性の多くは、結晶構造と密接に関係しています。 結晶構造の繰り返し単位は、小さな箱または他の3次元形状で構成されており、「セル」と呼ばれます。 これらのセルの多くは、全体的な構造を構成するために、繰り返し整然とした構造にグループ化されています。

特定の結晶材料の結晶構造は、その材料の全体的な特性の多くに影響を与えます。 たとえば、材料の光学特性に影響を与える主要な定義要因の1つです。 結晶構造は、結晶性の固体または液体の外側の端と面の反応性原子の配置を決定するため、結晶性材料の反応性にも大きく影響します。 一部の材料の電気的および磁気的特性を含む他の重要な材料特性も、主に結晶構造によって決定されます。

鉱物学者、結晶学者、化学者、および物理学者は、多くの場合、実験室で結晶材料を研究します。 結晶構造のいくつかの単純な側面は、単純な幾何学的測定によって決定できますが、X線、中性子、電子、またはその他の粒子の回折に基づくさまざまな方法により、構造をはるかに簡単かつ正確に決定できます。 特定の結晶材料の構造の決定にのみ関心を持つ研究者もいれば、その構造が材料の他の特性にどのように関係するのかを決定することに関心がある研究者もいます。 さらに他の研究者は、その構造に基づいてさまざまな材料の有用な用途を見つけることに興味があり、希望する構造の期待される特性に基づいて新しい結晶固体および液体を合成しようとする人もいます。

理論的な結晶材料は完全で一貫した一連の繰り返し単位で構成されていますが、実際の結晶には欠陥がある傾向があることに注意してください。 これらの欠陥は、ほとんどの場合、他の点では規則的な結晶構造の単なる不規則性です。 場合によっては、これは、ある原子が特定の結晶構造内で通常とは異なる場所を占めるときに発生します。 この原子のさまざまな特性は、結晶の構造単位がその周囲に配置される方法に大きな影響を与える可能性があります。 同様に、実際の結晶の欠陥または不規則性は、結晶材料の全体的な特性に大きな影響を与える可能性があります。