Single crystal atau monocrystalline padat merupakan bahan di mana kisi kristal dari seluruh sampel kontinu dan tak terputus sampai ke tepi sampel, tanpa adanya batas butir (grain boundaries). A single crystal or monocrystalline solid is a material in which the crystal lattice of the entire sample is continuous and unbroken to the edges of the sample, with no grain boundaries. boundaries. The absence of the defects associated with grain boundaries can give monocrystals unique properties, particularly mechanical, optical and electrical, which can also be anisotropic anisotropic,, depending on the type of crystallographic of crystallographic structure. These properties, in addition to making them precious in some gems, are industrially used in technological applications, especially in optics and electronics. Because entropic effects favor the presence of some imperfections in the microstructure of solids, such as impurities impurities,, inhomogeneous strain and crystallographic defects such as dislocations dislocations,, perfect single crystals of meaningful size are exceedingly rare in nature, and are also difficult to produce in the laboratory, though they can be made under controlled conditions. On the other hand, imperfect single crystals can reach enormous sizes in nature: several mineral species such as beryl beryl,, gypsum and feldspars are known to have produced crystals several metres across. The opposite of a single crystal is an amorphous structure where the atomic position is limited to short range order only. In between the two extremes exist polycrystalline, which is made up of a number of smaller crystals known as crystallites, and paracrystalline phases.
single Kristal atau monocrystalline yang solid merupakan bahan dimana kisi Kristal dari seluruh sampel kontinu dan tak terputus ke tepi sampel tanpa batas butir atau dengan kata lain susunan atom – atomnya berulang secara periodik sempurna. Tidak adanya cacat terkait dengan batas butir dapat memberikan monocrystals sifat unik , terutama sifat mekanik, optik dan listrik, yang juga dapat anisotropik, tergantung pada jenis kristalografi struktur.
1. Terbentuknya Single Kristal Ada dua metode dasar dalam membuat kristal tunggal 1. Solidifikasi dari lelehan Pada metode solidifikasi paling sederhana, Logam polikristalin yang akan diubah menjadi kristal tunggal disangga dalam cawan tidak reaktif horisontal (seperti grafit) dan dibekukan secara bertahap dari salah satu ujung dengan melewati dapur listrik bertemperatur maksimum sekitar 10 diatas titik leleh. Meskipun selama solidifikasi awal terbentuk beberapa nuklei, salah satu kristal dengan laju pertumbuhan yang peka terhadap orientasi mengalahkan kristal lainnya, dan menguasai seluruh medan pertumbuhan . Metode ini cocok sekali untuk pembibitan kristal dengan orientasi pertumbuhan yang telah ditentukan terlebih dahulu. Bibit kristal ditempatkan berdekatan dengan spesimen polikristal dalam kapal dan sambungan dilelehkan sebelum mulai dengan proses pelelehan/solidifikasi. Spesimen kawat dapat dikembangkan dalam tabung silika atau gelas tahan panas yang dilapisi dengan drafit
(aquadeg) pada bagian dalamnya. Pada pengembangan lebih lanjut dari cara ini, benda uji diletakkan dalam tabung silika vakum lebih lanjut dan setelah ditempatkan dalam kapal tembaga yang didinginkan dengan dengan air melewati kumparan pemanas frekuensi tinggi yang menghasilkan zona lelehan . Kebanyakan teknik solidifikasi kristal tunggal diturunkan dari metode Bridgman dan Czocharlski. Pada metode Bridgman, sample logam murni ditempatkan dalam cetakan vertikal terbuat dari grafit licin, tirus hingga mencapai titik ujung. Cetakan perlahan-lahan diturunkan kedalam dapur tabung dengan zona lelehan sempit. Kristal mulai tumbuh dari titik ujung cetakan. Pada metode Czocharlski, yang sering disebut “penarikan kristal”, kristal benih ditarik perlahan -lahan dari permukaan logam cair,
sehingga lelehan bersolidifikasi dengan orientasi yang sama dengan benih. Rotasi kristal selama penarikan menghasilkan kristal yang bulat. Teknik ini dimanfaatkan untuk pembuatan in vacuo kristal Si dan Ge . Kristal dapat juga dibuat dengan teknik “zona ambang” ( floating zone) (misalnya untuk logam
dengan titik cair tinggi seperti W, Mo, dan Ta) .Batang polikristal murni dijepit pada ujung atas dan bawah dengan jepitan yang didinginkan dengan air dan diputar dalam gas mulia atau vakum. Daerah lelehan kecil, yang dihasilkan oleh kumparan frekuensi radio yang didinginkan dengan air atau yang dihasilkan oleh penembakan elektron yang berasal dari filamen sirkular, dilewatkan sepanjang sample. Kemurnian yang tinggi dapat dihasilkan karena spesimen tidak berhubungan dengan sumber kontaminasi dan juga karena ada aksi pemurnian zona .
2. pertumbuhan butir dalam keadaan padat Metode yang melibatkan pertumbuhan butir (2) didasarkan pada anil sampel yang dideformasi. Pada teknik anil regangan, logam berbutir
halus diberi regangan halus tarik kritis sekitar 1-2%,
kemudian dianil didapur gradien yang bergerak dan berada pada temperatur dibawah titik leleh atau temperatur transformasi. Regangan ringan menghasilkan beberapa nuklei kristalisasi; selama anil, salah satu satu nukleus tumbuh lebih cepat daripada nuklei potensial lainnya yang kemudian habis “termakan”. Metode ini diterapkan pada logam dan paduan dengan energi salah-susun tinggi seperti Al ,
besi-silikon. Sulit untuk mendapatkan kristal tunggal logam dengan energi salah-susun rendah seperti Au dan Ag, karena dengan mudah terbentuk kembaran anil yang mempunyai orientasi rangkap. Kristal tunggal logam heksagonal juga sulit dibuat karena pembentukan kembaran deformasi selama peregangan merupakan lokasi nukleasi yang efektif. Pada diagram fasa unsur Al-Cu Singgle kristal dapat diperoleh melalui proses partial melting , yaitu proses pemanasan sampai dengan titik leleh salah satu unsurnya. Pada contoh kasus disini misalkan untuk mendapatkan singgle kristal Cu maka campuran Al-Cu di panaskan hingga mencapai titik leleh Cu dan kemudian diturunkan perlahan-lahan. Begitu juga untuk mendapatkan singgle kristal Ag maka campuran Ag-Cu dipanaskan hingga mencapai titik leleh Ag dan kemudian diturunkan perlahan-lahan. Jadi intinya letak diagram singgle kristal itu tidak tepat pada titik leleh nya , tetapi agak berada dibawahnya.
Overview of single-crystal X-ray diffraction[edit]
Workflow for solving the structure of a molecule by X-ray crystallography. Metode kristalografi sinar-X adalah metode difraksi sinar-X kristal tunggal Tertua dan paling tepat, di mana seberkas sinar-X menabrak kristal tunggal, menghasilkan berkas sinar yang menyebar. Ketika sebaran sinar mendarat di film atau detektor lainnya, sinar ini membuat pola difraksi bintik-bintik,. Kekuatan dan sudut dari sinar dicatat sedangkan kristal secara bertahap diputar. Setiap bintik disebut refleksi, karena refleksi sinar-X sesuai dengan satu set jarak/rongga dalam kristal. Untuk kristal tunggal dengan kemurnian yang cukup dan teratur, data difraksi sinar-X dapat menentukan panjang ikatan kimia dan sudut rata-rata dalam atom masing-masing. Procedure
Teknik kristalografi sinar-X kristal tunggal memiliki tiga langkah dasar. Yang pertama -dan biasanya paling sulit- langkah untuk mendapatkan kristal yang memadai dari bahan yang diteliti. Kristal harus cukup besar (biasanya lebih besar dari 0,1 mm dalam semua dimensi), dalam komposisi murni dan dalam struktur teratur, tanpa ketidak sempurnaan internal yang signifikan seperti re tak atau twinning Pada langkah kedua, kristal ditempatkan dalam berkas intens sinar-X, biasanya dalam panjang gelombang tunggal (monokromatik sinar-X), menghasilkan pola refleksi yang teratur dari. Sementara
kristal secara bertahap diputar, refleksi sebelumnya hilang dan yang baru muncul, intensitas setiap tempat dicatat pada setiap orientasi kristal. Beberapa set data dikumpulkan, dengan masing-masing set mencakup lebih dari setengah rotasi penuh kristal dan biasanya berisi puluhan ribu refleksi. Pada langkah ketiga, data ini digabungkan dengan informasi komputasi kimia untuk memproduksi dan memperbaiki model susunan atom dalam kristal. Terakhir, model dari susunan atom -sekarang disebut struktur-kristal ini disimpan di database publik.
Limitations[edit]
contrast, macromolecular crystallography often involves tens of thousands of atoms in the unit cell. Such crystal structures are generally less well-resolved (more "smeared out"); the atoms and chemical bonds appear as tubes of electron density, rather than as isolated atoms. In general, small molecules are also easier to crystallize than macromolecules; however, X-ray crystallography has proven possible even for viruses with hundreds of thousands of atoms. Sebagai unit pengulangan dalam kristal , sel unit , menjadi lebih besar dan lebih kompleks , gambar atom yang disediakan oleh kristalografi sinar-X menjadi kurang baik (lebih "kabur " ) untuk sejumlah tertentu refleksi yang diamati. Keterbatasan X - ray kristalografi ("molekul kecil" dan "makromolekul") adalah kristalografi sering dibedakan menjadi dua. Small -molekul kristalografi biasanya melibatkan kristal dengan ukuran kurang dari 100 atom di unit asimetris mereka, struktur kristal tersebut biasanya dapat diselesaikan dengan baik sehingga atom dapat dilihat sebagai "gumpalan" yang terisolasi dari kerapatan elektron . Sebaliknya , makromolekul kristalografi sering melibatkan puluhan ribu atom dalam sel satuan . Struktur kristal tersebut umumnya kurang baik - diselesaikan (lebih " dioleskan keluar "); atom dan ikatan kimia muncul sebagai tabung kerapatan elektron , bukan sebagai atom terisolasi . Secara umum , molekul kecil juga lebih mudah mengkristal dari makromolekul , namun kristalografi sinar-X telah terbukti mungkin bahkan untuk virus dengan ratusan ribu atom .
