Kristal Yapılı Katılar
Atomlar ve moleküller belirli bir örgü oluşturacak biçimde dizilmiştir. Kristaller katmanlar halinde atomlardan meydana gelmiş düzgün katılardır. Aynı zamanda kristal yapı içindeki bağımsız atomlar en yakın komşuları ile
koordine halindedir. Eğer bu katmanlar üzerine ışık gönderilirse, her katmandan bir yansıma olacaktır. Yansıyan ışığın aldığı yol, yansıtılan katmanın sırasına bağlı olarak değişkenlik gösterir. Uygun ortam koşullarında alınan yol miktarları arasındaki fark, yarım dalga boyu kadar olacaktır. Bunun için dalga boyu çok küçük olan ışık kullanılmadır ki bu da X-ışınıdır.
Amorf Yapılı Katılar
Amorf yapıdaki katılarda ise atomlar ve moleküller, belirli bir örgü oluşturacak biçimde dizilmemiştir. Katı veya sıvı halde bulunabilirler. Bu tür katılar arasında çeşitli cam türleri, lastikler ve jeller sayılabilir.
Katı Çeşitleri
– Moleküler Katılar: Düzgün şekilli moleküler katılardır. Erime noktaları düşüktür. Elektronegatiflikleri çok farklı olmayan elementlerden oluşur.
– Kovalent Katılar: Kovalent bağlardan oluşan büyük moleküllü bileşiklerdir. Erime noktaları yüksektir (grafit, elmas).
– Polimerler: Molekül ağırlıkları yüksek, amorf maddelerdir. Erime noktaları yüksektir.
– İyonik Katılar: İyonlardan meydana gelen iyonik katılardır. Erime noktaları yüksektir (sodyum klorür, bakır klorür).
– Metalik Katılar: Metaller, kristal yapı ve metal bağ denilen bağlarla bağlanmışlardır. Metalik bağda, atomun değerlik elektronlarının boş bulunan orbitallerde gezinmesine izin verilir. Bu da metalik katılara çok iyi ısı ve elektrik iletkenliği sağlar.
Günümüzde daha çok LC (Liquid Crystal) olarak bilinirler. Sıvı kristaller ilk kez 1888 yılında Avusturyalı bitki bilimci Fredreich Rheinizer tarafından keşfedildi. Sıvı kristaller, sıvıların ve katı kristallerin özellikleri arasında özelliklere sahip olan kimyasal maddelerdir. Örneğin; bir sıvı kristali sıvı gibi akar ama molekülleri bir kristalinki gibi yönlüdür. Yapı olarak katı özellikleri taşırlar; fakat görünüş olarak sıvıdırlar. Sıvı kristaller hem doğada hem de teknolojik uygulamalarda mevcuttur. Çoğu modern elektronik göstergeler sıvı kristallidir. Örneğin. LC ekranlı televizyonlarda adındanda anlaşıldığı gibi sıvı kristaller kullanılır. Sıvı kristaller canlı sistemlerde çok yaygındır. Örneğin. hücre zarı ve bazı proteinler sıvı kristaldir. Diğer iyi bilinen sıvı kristal örnekleri; sabun, deterjan köpükleri ve tütün mozaik virüsüdür. 1963 te bir araştırmacı olan Williams sıvı kristalden geçen ışığın değıştiğini ve bir elektrik gücüne dönüştüğünü keşfetti. Beş yıl sonra, bir başka araştırmacı Heilmeyer bu buluşlardan yararlanarak bir prototip ekran geliştirdi. Bu prototipin başarısı sıvı kristalli ekranların modern teknolojisi ile yeni bir çığır açmıştir. Dışarıdan verilen
bir elektrik akımı ile uyarıldığında, sıvı kristaller; üzerinden geçen ışığın özelliğini değiştirebiliyordu. Kristal sıvının oluşumu için belli bir ısı ve sabit ısı aralıklarına ihtiyaç vardır. Bu özellik ekranın gerçekleştirilmesinde de önemli bir rol oynamaktadır.
Sıvı Kristalleri Özellikleri
– Işığı polarize edebilirler.
– Polarize edilmiş ışığı geçirebilirler.
– Molekül dizilimleri elektrik akımı ile değiştirilebilirler.
Yarı İletkenler
Elektrik akımını ileten maddelere iletken, elektrik akımını iletmeyen maddeIere ise yalıtkan madde denir. İletken ve yalıtkanlar arasında bir özelliğe sahip maddelere yarı iletken maddeler denir. Yarı iletken maddeler saf hallerindeyken yalıtkandır. Ancak ısı, ışık ve manyetik etki altında bırakıldiğında veya gerilim uygulandığında dış yörünge elektronları serbest hale geçer yani iletkenlik özelliği kazanır. Etki ortadan kalktığında tekrar yalıtkan hale dönerler.
Yarı iletkenler kristal yapıya sahiptir. Bu maddelerin bazıları doğada mevcutken bazıları Iaboratuvar koşullarında üretilir. Atomları kübik kafes sistemi denilen belirli bir düzende sıralanmıştır. Yarı iletkenler ısı, ışık ve gerilim ile belirli oranda iletken hale geçirildiği gibi, içlerine bazı özel maddeler katılarak da iletkenlikleri artırılmaktadır. Yarı iletken maddeler savunma sanayinde, dedektörlerde, Iazerlerde, gaz analiz sensörlerinde, termal kameralarda ve gece görüş sistemlerinde kulIanılır. İletişim, uzay teknolojisi, sağlık sistemleri gibi bir çok alanda yarı iletkenlerden yararlanılmaktadır. Özellikle hızlı ve doğru sıcaklık ölçümlerinde, sıvı analizi ve hastalıkların teşhisinde yarı iletkenler kullanılır. İletken ve yarı iletken maddeler, enerji aktarımlarında kayıplara neden olur.
Süper (Üstün) İletkenler
Elektrik iletkenliğinin sıcaklığa bağlı olduğu ve mutlak sıfıra yakın sıcaklıkIarda direnci sıfıra yakın olan maddelere süper iletken maddeler denir. Maddenin üstün iletkenlik özelliği gösterdiği sıcaklığa kritik sıcaklık denir. Her üstün iletkenin kritik sıcaklık değeri farklıdır.
Üstün iletkenler, kritik sıcaklık değerinin altında elektriksel dirençleri sıfır olan maddelerdir. Bu maddeler, ısınmaya sebep olmadan süresiz olarak elektrik akımını iletebilir. Bütün metaller mutlak sıfır sıcaklık değeri yakınlarında üstün iletkendir. Çok düşük sıcaklıklarda süper iletken elde etmek için, soğutucu olarak sıvı helyum (kaynama noktası 4 Kelvin) kullanılır.
Manyetik alan üstün iletkeni iter. Manyetik trenler (maglev) süper iletkenlerin manyetik ortamda itilmeleri özelliğinden faydalanılarak yapılır. Bu trenin her iki ucunda çok düşük sıcaklıklarda soğutulmuş süper iletken mıknatıslar vardır. Bunlar çok büyük bir manyetik alan oluştururlar. Trenin raydan çıkmasını önlemek için alt kısımları rayları saracak bİçimde tasarlanır. Trenin hareket etmesi için elektromıknatıs bobinine değişken frekanslarda alternatif akım verilir. Raylardaki elektromıknatısların kutuplarıyla trendeki destek ve yardımcı mıknatısların kutuplarının etkileşimi sonucu oluşan çekme kuvvetiyle tren ilerler. Tren raylara temas etmediği için sürtünme kuvveti minimum olup enerji kaybı azalmaktadır. Trenin hızı bobinlerdeki alternatif akıma bağlı olarak değiştirilir. Tren durdurulacağı zaman akımın yönü ters çevrilir ve oluşan zıt yönlü itme kuvvetiyle tren durdurulur.
Manyetik rezonans cihazlarında, parçacık hızlandırıcılarında üstün iletkenIerden yararlanılmaktadır. Elektrik iletim hatlarında, güçlü transformatörlerin yapımında, çok güçlü mıknatısların elde edilmesinde, manyetik enerji depolamada, mikroelektronik ve manyetik ayırmada süper iletkenierden yararlanma çalışmaları devam etmektedir.
