خرید اینترنتی کتاب

جستجو در تک بوک با گوگل!

تابعيت پايگاه تك بوك از قوانين جمهوري اسلامي ايران

فرادرس!



چطور!




تبلیغات!


زمین شناسی اقتصادی ۲

امتیاز به این مطلب!

347 views

بازدید

دستگاههای بلورشناختی

در طبیعت شکل سلول اولیه در بلور کانیهای مختلف تفاوت دارد . به طور کلی شش نوع سلول اولیه در نتیجه شش نوع بلور کانی وجود دارد . هر یک از این شش نوع بلور متعلق به یک دستگاه بلور شناختی است . دستگاههای بلور شناختی عبارتند از مکعبی ٬مربعی ٬راست لوزی ٬تک شیب ٬سه شیب ٬. شش وجهی .
در دستگاه مکعبی هر سه محور ( سه جهت فضایی ) یا هم مساوی و بر هم عمود هستند مانند بلورهای نمک طعام و سولفید آهن .

دستگاه مربعی
:فقط دو محور با هم مساوی هستند اما اندازه محور سوم با آنها یکی نیست . این سه محور نیز بر هم عمود هستند . در این دستگاه ساده ترین بلور به شکل منشور است که سطح قاعده آن مربع است مانند بلورهای اکسید قلع و اکسید تیتان .

دستگاه راست لوزی
:محورها نا مساوی اما بر یکدیگر عمود هستند . ساده ترین بلور در این دستگاه منشوری است که قاعده آن به شکل لوزی یا مستطیل است . مانند بلورهای گوگرد و کربنات کلسیم .

دستگاه تک شیب
:سه محور نابرابرند و دو تا از آنهابر هم عمودند مانند بلورهای میکا٬ تالک و گچ آبدار.

دستگاه سه شیب
:سه محور نابرابرند و هیچیک بر هم عمود نیستند . در بلور ساده سه شیب همه وجه ها متوازی الاضلاع هستند . مانند بلورهای گروهی از فلدسپاتها .

دستگاه شش وجهی
:چهار محور وجود دارد که طول سه محور آن برابر است . این سه محور در یک صفحه قرار دارندو با هم زاویه ١٢٠ درجه می سازند . محورچهارم عمود بر آنهاست مانند بلورهای کوارتز .

در هر یک از دستگاهها ٬ بلورها را بر اساس تقارن موجود در آنها به رده هایی تقسیم
می کنند . در شش دستگاه بلور شناختی ٣٢ رده بلوری تشخیص داده شده است .
هنگام تشکیل بلورها ٬ اگر فضا و زمان و شرایط مناسب وجود داشته باشد بلورهای درشتی بوجود می آیند . این بلورها را بصورت تک بلور می توان مشاهده و بررسی کرد و رده و دستگاه بلور شناختی آنها را مشخص کرد . اگر شرایط مناسب نباشد ٬ بلورها به اندازه های کوچکتر و بصورت مجموعه ها و توده های ریز تشکیل می شوند . گاهی بلورها به قدری ریزهستند که نمی توان آنها را با چشم دید و برای مطالعه آنهاازذره بین ٬
میکروسکوپهای نوری و الکترونی و اشعه ایکس استفاده می شود .

خواص بلورها
مقدمه
در بلورها پراکندگی و فاصله اجزا ٬ دارای نظم هندسی ویژه‌ای است که معمولا” در تمام جهتها یکسان نیست. برخلاف بلورها در جامدهای بی شکل یا غیر بلورین پراکندگی و فاصله اجزای سازنده آنها در همه جهتها یکسان است. از اینرو بعضی از خواص فیزیکی جامدهای غیر بلورین ٬ مانند رسانایی گرمایی ٬ انتشار نور و رسانایی الکتریکی نیز در همه جهتها یکسان است. به این جامدهای غیر بلورین همسانگرد (ایزوتروپ) می‌گویند. چون خواص فیزیکی بیشتر جامدهای بلورین در جهتهای مختلف متفاوت است به آنها ناهمسانگرد می‌گویند. تنها بلورهایی که در دستگاه مکعبی متبلور می‌شوند مانند اجسام غیر بلورین عمل می‌کنند، چون در سه جهت فضایی دارای ابعاد مساوی هستند.

 

کاربرد ناهمسانگردی
پدیده ناهمسانگردی سبب پیدایش خواصی در بلورها می‌شود که کاربردهای مختلف و مهمی در صنعت دارند. مثلا” اگر بلورهایی مانند کوارتز و یا تورمالین را از دو طرف بکشیم و یا فشار دهیم در جهت عمود بر فشار یا کشش دارای بار الکتریکی مخالف یکدیگر می‌شوند. اگر جهت این فشار یا کشش را عوض کنیم نوع بار الکتریکی تغییر می‌کند، به این پدیده پیزوالکتریک می‌گویند.
گرما در بعضی از بلورها الکتریسته ایجاد می‌کند و سبب می‌شود یک سوی آنها بار مثبت و سوی مقابل بار منفی بیابد. در نتیجه میان این دو سو اختلاف پتانسیل الکتریکی بوجود می‌آید. همچنین اگر به این بلور جریان الکتریکی متناوب وصل کنیم، بلورها به تناوب منبسط و منقبض می‌شوند و بر اثر ارتعاش ٬ صوت تولید می‌کنند. از این خاصیت برای تولید صوت ٬ ماورای صوت ٬ نوسانهای الکتریکی ٬ ساختن میکروفونهای بلوری و سوزن گرامافون استفاده می‌شود.
خواص نیم رسانایی
بعضی از بلورها مانند بلور عنصرهای ژرمانیم ٬ سیلیسیم و کربن خاصیت نیم رسانایی دارند و تا اندازه‌ای جریان الکتریکی را از خود عبور می‌دهند. اگر بلورهای نیم رسانا را گرما دهیم و یا در مسیر تابش نور قرار دهیم٬ مقاومت الکتریکی آنها کم می‌شود و الکتریسیته را بهتر عبور می‌دهد. نیم رساناها در صنایع الکترونیک و مخابرات بصورت دیود و ترانزیستور و قطعه‌های دیگر الکترونیکی بکار می‌روند. دیود یا یکسو کننده از دو قطعه بلور نیمه رسانا ساخته می‌شود و برای یکسو کردن جریانهای متناوب بکار می‌رود. ترانزیستور از سه قطعه بلور نیم رسانا تشکیل می‌شود و برای تقویت جریانهای ضعیف و یکسو کردن جریان متناوب بکار می‌رود. دیودها و ترانزیستورها از قسمتهای اصلی گیرنده‌ها و فرستنده‌های رادیو و تلویزیون هستند.
پدیده دو شکستی
بعضی از بلورها نور را به دو دسته پرتو تقسیم می‌کنند، بر اثر این پدیده در کانیهای شفاف ٬ مانند کربنات کلسیم شکست مضاعف ایجاد می‌شود. اگر نوشته‌ای را زیر کربنات کلسیم قرار دهیم بصورت دو نوشته دیده می‌شود.
بعضی از بلورها خاصیت جذب انتخابی دارند. مانند بلور تورمالین که پرتوهای نور را به دو دسته تقسیم می‌کند. یک دسته آنها را جذب می‌کند و دسته دیگر را از خود عبور می‌دهد. از این خاصیت برای ساختن فیلمها و عدسیهای قطبنده (پلاریزان) و برای کاهش شدت نور چراغهای اتومبیل استفاده می‌شود. عدسیهای قطبنده را در ساختن ابزارهای نوری مانند میکروسکوپهای قطبنده (پلاریزان) را از ورقه نازک پولاروید (ورقه شفاف و نازک نیترات سلولز) می‌پوشانند.

 

خواص ساختاری
بعضی از ویژگیهای بلورها به نوع و موقعیت پیوند بین مولکولهای آنها بستگی دارد. مثلا” هر چه پیوند اجزای یک بلور قویتر باشد نقطه ذوب آن بالاتر و سختی و مقاومت آن بیشتر است، مانند بلورهای الماس و گرافیت که از نظر ترکیب شیمیایی یکسان هستند و هر دو از کربن تشکیل شده‌اند، اما به دلیل تفاوت در پیوند شیمیایی میان اتمهای آنها سختی و مقاومت گرافیت کم ، اما سختی و مقاومت الماس بسیار زیاد است. بعضی از بلورها به سبب شکل پیوندهای داخلی ٬ در امتدادهای معینی به آسانی می‌شکنند، مانند بلور نمک طعام و بعضی به آسانی ورقه ورقه می‌شوند، مانندبلورهای میکا. از خاصیت سختی و مقاومت بلورها در ساختن انواع کاغذها و تیغه‌های سمباده و همچنین در ساعت سازی استفاده می‌کنند.

بلور شناسی
نگاه اجمالی
بلور شناسی ، علم مطالعه بلورهاست. با ارائه روشی برای توضیح چگونگی تعیین خواص فیزیکی ماده از روی سطح آن ، یعنی اصل تقارن بلور شناسی بصورت علمی مستقل در آمد. در دهه ۱۸۸۰ ، فیزیکدانان شواهد کافی گرد آورده بودند که پدیده‌های مختلفی از قبیل در شکستگی ، انبساط گرمایی ، وقف الکتریسیته و پیزو الکتریسیته را باید با استفاده از شکل بلور توضیح داد. برای مطالعه بلورها روشهای مختلفی وجود دارد که از مهمترین آنها بلور شناسی توسط اشعه ایکس و روشهای پراش الکترون.
سیر تحولی و رشد
مطالعه بلورها به دوران یونانیها و رومیها و مطالعات کوارتزهای گوناگون ، توسط ننوفراستو و پلینیو ، باز می‌گردد. در سده هفدهم نخستین تلاشها برای توصیف نظم ساختاری بلورها به عمل آمد. رابرت هوک اظهار داشت که مشکل کوارتز را با فرض این که کوارتز از آرایش تناوبی کره‌هایی تشکیل شده باشد، می‌توان توضیح داد. کریستیان هویگنس به منظور توصیف پدیده دو شکستی نور ، فرض کرد که کلسیت از آرایش تناوبی بیضیهای دوار تشکیل شده است. در سال ۱۷۸۴ ، ژنه ژوست هادی این فرض را مطح کرد که در بلورها مولکولها در گروههایی به شکل متوازی السطوح قرار گرفته‌اند. در آرایش فضایی این گروهها می‌تواند شکل بلوری ماکروسکوپیکی مشاهده شده را توضیح دهد.

در سال ۱۸۲۷ اوگوست کوشی معادله مربوط به کشسانی را بدست آورد و با این مطالعات و با استفاده از بیست و یک پارامتر توانست شرح دهد، چگونه جسم جامد تحت اثر کنش خارجی معلوم کرنش می‌کند. او به مطالعات خود ادامه داد و دریافت که برای توصیف بلورها با توجه به طبیعت شبکه‌ای‌ آنها به پارامترهای کمتری نیاز است. پنج سال بعد توانست ارنست نویمن این نتیجه‌ها را برابر مطالعه برهمکنش میان نورد ماده بر اساس مکانیک بکار برد. او فرض کرد که نور از ذرات خردی درست شده است. دانشجوی وی والدر سار فوگست که بعدها استاد دانشگاه کوتینگتون شد، نخستین کسی بود که تمام اطلاعات و دستاوردهای مربوط به ارتباط میان خواص فیزیکی و ساختار بلورها را در تناوبی گرد آورد.

بلورشناسی نوین
در سال ۱۹۱۲ ، بلورشناسی نوین متولد یافت. در آن سال ماکس و گروهش تصویری از پراش پرتوهای ایکس توسط بلور ۳ns بدست آوردند. این آزمایشها سرشت موجی پرتوهای ایکس را ، که ویلهم کنراد رونتگن در اواخر سده نوزدهم کشف کرده بود و همچنین آرایش تناوبی خوشه‌های اتمها را در دوران بلور به اثبات رساند. ویلیام لارش براک و پدرش ، ویلیام هنری براگ در همین زمینه به پژوهش پرداختند و معادله مشهور زیر را بدست آوردند:

۲sinӨ = nλ

که در آن d فاضله میان صفحه‌ای خانواده معینی از صفحه‌های بلوری ، n که مرتبه بازتاب نامیده می شود، عدد طبیعی λ طول موج ایکس مورد استفاده و Ө زاویه فرود و زاویه بازتاب باریکه است. این معادله می‌گوید که کدام زاویه برای بازتاب با طول موج و خانواده صفحه‌های خاص مناسب است، بازتابهایی که از لحاظ هندسی مجازند در طبیعت یافت می‌شوند.

بلور شناسی با پرتو ایکس
اگر نمونه‌ای از تک بلور را با استفاده از پرتوهای سفید ایکس ، پرتوهایی که نه یک طول موج ، بلکه گستره‌ای از طول موجها را در بردارد مورد مطالعه قرار دهیم. نقش خون لاوه بدست می‌آید تحت این شرایط در معادله ۲dsinӨ = nλ می‌تواند مقادیری زیاد داشته باشد. اما Ө زاویه‌ای میان پرتو فرودی و صفحه ، برای یک خانواده صفحات خاص مقداری ثابت است. معمولا طول موجی مانند λ وجود دارد که در معادله براگ صدق می‌کنند و بازتاب رخ می‌دهد.

اگر نمونه‌ای را با فیلم عکاسی یا آشکارسازی جدید دیگری احاطه کنیم. در نقاط مختلف روی فیلم لکه‌هایی بدست می آوردیم که به پرتوهای بازتابیده از خانواده‌های مختلف صفحات بلور مربوط می‌شوند. با پردازش این داده‌ها به طریق ریاضی به آنچه نقش پراشی را بوجود می‌آورد می‌توان پی برد. در نتیجه ، ساختار میکروسکوپی بلور را معین می‌کند، یعنی می‌توان فهمید شبکه بلوری این ساختار چگونه است و چه اتمهایی در تلاقی شبکه‌ای قرار دارند.
روش پودری
برای مطالعه بلور شناسی توسط اشعه ایکس روشهای استاندارد دیگری هم وجود دارند که در این میان روش پودر از همه رایجتر است. در روش پودر بجای تک بعدی از نمونه‌ای استفاده می‌شود که بصورت بلورهای کوچکی به ابعاد ۱µm یا کمتر خرده شده است. در این روش باریکه تک فام از پرتوهای ایکس به نمونه تابیده می‌شود. و در این حال برای هر خانواده خاصی از صفحات تعداد زیادی بلورک با سمتگیری مناسب پیدا می‌شوند که بازتاب براگ فرودی است. اما تند چتری که هر تکه از پارچه آن با دسته چتر زاویه‌ای یکسان می‌سازند. باریکه‌های بازتابیده روی مخروطی قرار می‌گیرند که گشودگی آن دو برابر گشودگی مخروط قبلی است. زیرا باریکه بازتابیده نسبت به باریکه اولیه زاویه ۲Ө می‌سازد و این در حالی است که زاویه بین صفحه و باریکی اولیه برابر Ө است.

اگر فیلم عکاسی را در راه باریکه خروجی قرار دهیم، از تلاقی مخروط اخیر با صفحه عکاسی یک دایره بدست می‌آید: فیلم عکاسی را معمولا به شکل نوار باریک دایره‌ای در می‌آوردند و آنرا روی صفحه‌ای که شامل باریکه خروجی است قرار می‌دهیم. فیلم را سوراخ می‌کنند تا باریکه بتواند به نمونه برسد. از تلاقی مخروطهای بازتابشی مربوط به صفحه‌های مختلف بلور فیلم نقش پراشی خطی بدست می‌آید.
بلور شناسی به روش پراش الکترون
در آغاز دهه ۱۹۹۰ روشهای جدیدی پیدا شدند که مشاهده مستقیم سطحهای بلورین را امکان می‌سازند. درک تغییرات ریخت شناسی که هنگام رویاندن بلور برای کاربردهای الکترونیک روی می‌دهند. با استفاده از پراش الکترون بجای پرتو ایکس و تحت زاویه‌ای کم از سطح بلورها حاصل شده است. با استفاده از میکروسکوپ تونلی روبشی برای نخستین بار ، امکان مشاهده مستقیم ساختار شبکه‌ای بلورها از طریق مشاهده اتم منفرد فراهم شد.
ساختار بلوری
!مقدمه
با نگاه کردن به ساختار داخلی بلورها ، دانشمندان امروزه می‌دانند که بلورها به این دلیل همیشه شکلهای منظم و قابل شناسلیی دارند که اتمهای داخل آنها همیشه به شکل الگوهای مشخصی که شبکه نام دارند در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند. خواص یک بلور به شبکه آن بستگی دارد. به عنوان مثال الماس به این دلیل بسیار سخت است که اتمهای آن با پیوندهای بسیار قوی به هم متصل شده‌اند و یک شبکه مستحکم را بوجود آورده‌اند. دانشمندان شبکه بلورها را با استفاده از اشعه ایکس مطالعه می‌کنند. این مطالعات آشکار ساخته است که همه بلورها را می‌توان فقط به هفت ساختار پایه طبقه بندی کرد، که با ساختار شبکه هر بلور تعیین می‌شود.

 

تاریخچه
در پی کشف پراش اشعه‌های ایکس توسط رونتگن و انتشار یک رشته محاسبات و پیش‌بینیهای ساده و موفقیت آمیز در مورد ویژگیهای بلورین ، بررسی ساختارهای بلوری بصورت دقیقتر شروع گردید. ناظرهای اولیه با توجه به نظم شکل خارجی بلورها به این نتیجه رسیدند که بلورها از تکرار منظم سنگ بناهای همانند بوجود می‌آیند. زمانی که بلوری در شرایط محیطی ثابت رشد می‌کند، شکل آن در حین رشد تغییر نمی‌کند، گویی سنگ بناهای همانند بطور پیوسته به آن افزوده می‌شوند. این سنگ بناها ، اتمها یا گروههایی از اتمها هستند، که بلور یک آرایه متناوب سه بعدی از اتمهاست. این موضوع با این کشف کانی شناسان در قرن هیجدهم که اعداد شاخص جهتهای تمام وجوه بلور اعداد درستند، آشکار شد.

آزمایش ساده
یک لیوان معمولی برداشته و آن را از آب پر کنید. حال مقداری شکر در داخل لیوان ریخته و آن را با قاشق به هم بزنید، تا شکر کاملا در آب حل گردد. این عمل را تا جایی ادامه بدهید که دیگر شکر اضافه شده به آب لیوان در آن حل نشود و در لیوان ته نشین گردد. چنین محلولی را اصطلاحا محلول اشباع شده آب و شکر می‌گویند. حال یک دانه حبه قند را که قسمتی از آن شکسته شده است و بصورت مکعب کامل نمی‌باشد، انتخاب کنید.

حال حبه قند را بوسیله یک تکه نخ بسته و در داخل لیوان آویزان کنید. بعد از چند روز ملاحظه می‌کنید که قسمت شکسته شده حبه قند کاملا ترمیم یافته و حبه قند بصورت مکعب کامل در آمده است. این آزمایش نمونه بسیار ساده از رشد بلور است.
ساختار کلی
بلور ایده آل از تکرار بی پایان واحدهای ساختاری همانند در فضا بوجود می‌آید. در ساده‌ترین بلورها ، مانند مس ، نقره ، آهن و فلزات قلیایی ، این واحدهای ساختاری یک تک اتم است. در اکثر مواد واحد ساختاری شامل چندین اتم یا ملکول است. در بلورهای معدنی این تعداد تا حدود ۱۰۰ و در بلورهای پروتئین به ۱۰۰۰۰ می‌رسد. ساختار تمام بلورها بر حسب شبکه‌ای که به هر نقطه آن گروهی از اتمها متصل هستند، توصیف می‌گردد، این گروه اتمها را پایه می‌گویند، پایه در فضا تکرار می‌شود تا ساختار بلور را تشکیل دهد.
ساختار بلوری غیر ایده آل
از نظر بلورنگاران کلاسیک ، بلور ایده‌آل از تکرار دوره‌ای واحدهای یکسان در فضا شکل می‌گیرد. ولی هیچ دلیل عمومی وجود ندارد که بلور ایده‌آل حالت مینیمم انرژی اتمها در صفر مطلق باشد. در طبیعت ساختارهای بسیاری وجود دارند که با آنکه منظم هستند، کاملا دوره نیستند. نظر ایده‌آل بلورنگاران لزوما یک قانون طبیعت نیست. بعضی از ساختارهای غیر دوره‌ای ممکن است فقط فرا پایدار باشند و طول عمر بسیار درازی داشته باشند.
انوع ساختار بلوری
انواع مختلف ساختارهای بلوری وجود دارند که چند مورد از ساختارهای بلوری ساده و مورد توجه همگانی عبارتند از:

•    بلور مکعبی مرکز سطحی (fcc) :
در این حالت سلول یاخته بسیط ، لوزی رخ است. بردارهای انتقال بسیط نقطه شبکه واقع در مبدا را به نقاط شبکه واقع در مراکز وجوه وصل می‌کنند.
•    بلور مکعبی مرکز حجمی (bcc) :
در این حالت یاخته بسیط لوزی رخی است که هر ضلع آن برابر است و زاویه بین اضلاع مجاور است.
•    بلور کلرید سدیم Nacl :
در این حالت پایه شامل یک اتم Na و یک اتم Cl است که به اندازه نصف تعداد اصلی مکعب یکه از هم فاصله دارند.
•    بلور کلرید سزیم CsCl :
در این حالت در هر یاخته بسیط یک مولکول وجود دارد. هر اتم در مرکز مکعبی متشکل از اتمهای نوع مخالف قرار دارد.
•    ساختار بلوری تنگ پکیده شش گوش (hcp) :
در این ساختار مکانهای اتمی یک شبکه فضایی را بوجود نمی‌آورند. شبکه فضایی یک شش گوشی ساده است که به هر نقطه شبکه آن پایه‌ای با دو اتم یکسان مربوط می‌شود.

 

•    ساختار الماسی :
در این حالت شبکه فضایی fcc است. این ساختار نتیجه پیوند کووالانسی راستایی است.
•    ساختار مکعبی سولفید روی ZnS :
ساختار الماس را می‌توان بصورت دو ساختار fcc که نسبت به یکدیگر به اندازه یک چهارم قطر اصلی جابجا شده‌اند، در نظر گرفت. ساختار مکعبی سولفید روی از قرار دادن اتمهای Zn روی یک شبکه fcc و اتمهای S رویی شبکه fcc دیگر نتیجه می‌شود.
•    ساختار شش گوشی سولفید روی (و ورلستاین):
اگر فقط اتمهای همسایه اول را در نظر بگیرید، نمی‌توان بین دو حالت ZnS مکعبی و شش گوشی فرق گذاشت. اما اگر همسایه‌های دوم را در نظر بگیریم می‌توان این دو حالت را از هم تمییز داد.

علت مطالعه ساختارهای بلوری
از آنجا که بیشترقطعات الکترونیکی مانند دیود ، ترانزیستور و … از بلورها ساخته می‌شود. همچنین به دلیل گسترش روز افزون وسایل الکترونیکی و توجه بیش از حد به ساختن ریزتراشه‌های کامپیوتری با ابعاد بسیار کم ، توجه فوق العاده به سمت بلور شناسی و مطالعه ساختارهای بلوری شده است. و دانشمندان مختلف در سطح جهان مطالعات وسیعی را در این زمینه انجام می‌دهند، که از آن جمله می‌توان به فعالیتهای انجمن نانوتکنولوژی اشاره کرد.

الماس
الماس از کربن خالص تشکیل شده و سیستم تبلور آن کوبیک است. وزن مخصوص الماس ۳٫۵ ضریب شکست آن ۲٫۴۲ و سختی آن در مقیاس موس ، مساوی ۱۰ است. الماس به رنگهای مختلف پیدا می‌شود. الماس با سنگهای کیمبرلیتی که از اعماق زیاد منشا گرفته‌اند، همراه است. در رسوبات رودخانه‌ای به صورت پلاسر یافت می‌شود. بیشترین بخش الماس جهان امروه از معادن الماس واقع در کشورهای آفریقایی استخراج می‌گردد.

مقدمه
شاید به زودى تصور متداول درباره الماسها به کلى دگرگون شود. الماسهایى که بخاطر زیبایى ، کمیاب بودن و زمان طولانى تولیدشان ارزش فوق العاده‌اى داشتند، امروزه در آزمایشگاه و در مدت زمانى حدود یک ساعت بوجود مى‌آیند. اینکه این دگرگونى چه تأثیرى در صنعت جواهرسازى یا قیمت الماسهاى طبیعى در بازار خواهد داشت هنوز در پرده‌اى از ابهام است. اما درباره نقش این الماسهاى آزمایشگاهى در تکنولوژى ، شایعه‌هایى برخاسته از مجامع علمى به گوش مى‌رسد.

 

بیشتر از هشتاد درصد از الماسهاى معدنى طبیعى به مصارف صنعتى از قبیل ابزارهاى برش یا مواد ساینده براى تراشکارى و پرداخت دیگر سنگهاى قیمتى ، فلزات ، گرانیت و شیشه مى‌رسند. استفاده از الماس به عنوان نیم رسانا نیز نیازمند شرایط ویژه‌اى مثل بالاترین درجه خلوص ، بهترین بلورینگى و تعیین اتمها به لحاظ الکتریکى فعال براى ایجاد گذرگاه الکتریکى در وسیله مورد نظر است.

اما تمامى الماسهاى طبیعى بخاطر نقصها ، ناخالصیها و ساختار ضعیفشان براى مصارف الکترونیکى نامناسبند. حتى با اینکه الماسهاى مصنوعى و طبیعى داراى کیفیت جواهرى بسیار ارزشمند هستند، اما ممکن است بخاطر رگه‌هاى ناچیز ناخالصیها براى استفاده به عنوان نیم رسانا مناسب نباشند. در واقع تنها خالصترین این سنگها در کاربردهاى الکترونیکى پرقدرت از سلفونها گرفته تا کامپیوترهاى شخصى و خطوط ارتباطاتى قابل استفاده‌اند.
دورنماى الماس
میزان ذخیره الماس جهان در سال ۱۹۷۹ بدین شرح می‌باشد. زئیر ۱۲۰ ، شوروی (سابق) ۲۵۰ ، آفریقای جنوبی ۷۲ ، بوستوانا ۶۰ ، نامیبیا ۱۵ ، آنگولا ۲۰ ، سیرالئون ۶ و لسوتو ۵ میلیون قیراط ذخیره دارند. همچنین میزان الماس تولیدی جهان در سال ۱۹۷۹ بدین شرح می‌باشد: زئیر ۱۱۱۶۰ ، شوروی (سابق) ۱۰۷۰۰ ، آفریقای جنوبی ۷۶۴۰ ، بوتسوانا ۳۳۴۰ ، نامیبیا ۱۹۵۰ ، عتا ۱۵۰۰ ، آنگولا ۷۵۰ ، ونزوئلا ۷۵۰ و سیرالئون با ۷۱۰ قیراط بیشترین تولید الماس جهان را به خود اختصاص داده‌اند.

تولید الماس
الماس بطور طبیعى تحت فشارهاى زیاد اعماق زمین و در زمانى طولانى شکل مى‌گیرد. اما در آزمایشگاه مى‌توان به کمک دو فرآیند مجزا در زمانى بسیار کوتاهتر الماس تولید کرد. فرآیند فشار بالا _ دما بالا (HP HT) اساساً تقلیدى است از فرآیند طبیعى شکل گیرى الماس در حالى که فرآیند رسوب گیرى بخار شیمیایى (CVD) دقیقاً خلاف آن عمل مى‌کند. در واقع CVD بجاى وارد کردن فشار به کربن براى تولید الماس با آزاد گذاشتن اتمهاى کربن به آنها اجازه مى‌دهد با ملحق شدن به یکدیگر به شکل الماس در آیند.

این دو تکنیک براى اولین بار در دهه ۱۹۵۰ کشف شدند. به گفته باتلر که هفده سال روى تولید الماس با استفاده از تکنیک CVD کار کرده است «از آنجا که پیشگامان تولید الماس بدون فشار بالا در دهه ۱۹۵۰ با تمسخر سایرین از میدان به در شدند. تکنولوژى CVD هنوز دوران کودکى‌اش را سپرى مى‌کند.» هر دو فرآیند قادرند با سرعتى خیره کننده الماسهایى با کیفیت جواهر تولید کنند، اما در نهایت این فرآیند CVD است که بخاطر کنترل ساده ناخالصى و اندازه محصول براى تکنولوژیهاى الکترونیکى مناسب‌ترین خواهد بود.

فرآیند CVD با قرار دادن ذره بسیار کوچکى از الماس در خلأ آغاز مى‌شود. سپس گازهاى هیدروژن و متان به محفظه خلأ جریان مى‌یابند. در ادامه پلاسماى تشکیل شده باعث شکافته شدن هیدروژن به هیدروژن اتمى مى‌شود که با متان واکنش مى‌دهد تا رادیکال متیل و اتمهاى هیدروژن بوجود آیند. رادیکال متیل نیز به ذره الماس مى‌چسبد تا الماس بزرگ شود. رشد الماس در تکنیک CVD ، فرآیندى خطى است، بنابراین تنها عوامل محدودکننده اندازه محصول در این روش بزرگى ذره ابتدایى و زمان قرار دادن آن در دستگاه است.

به گفته دیوید هلیر (D. Hellier) ، رئیس بخش بازاریابى کمپانى ژمسیس ، «فرآیند HP HT نیز با ذره کوچکى از الماس آغاز مى‌شود. هر ذره الماس در محفظه‌هاى رشدى به اندازه یک ماشین لباسشویى ، تحت دما و فشار بسیار بالا درون محلولى از گرانیت و کاتالیزورى فلزى غوطه‌ور مى‌شود. در ادامه تحت شرایط کاملاً کنترل شده‌اى این الماس کوچک به تقلید از فرآیند طبیعى ، مولکول به مولکول و لایه به لایه شروع به رشد مى‌کند.»

گر چه جنرال الکتریک در تولید الماسها به این روش پیشگام است و الماسهاى ساخته شده با تکنیک HP HT را براى مصارف صنعتى به بازار عرضه مى‌کرد اما تا پیش از آنکه کمپانى ژمسیس با ساده سازى این فرآیند امکان تولید نمونه‌هایى با کیفیت جواهر را فراهم کند، هرگز آن الماسها به عنوان سنگهاى قیمتى به فروش نرسیده بودند.

 

در واقع الماسهاى زینتى مصنوعى بخش کوچک و در عین حال پر سودى از صنعت الماس را تشکیل مى‌دهند. این الماسهاى رنگى که در مقایسه با همتاهاى بى‌رنگ شان فوق العاده کمیاب و در نتیجه بسیار گرانبها ترند با توجه به نوع ناخالصیها در رنگهاى گوناگون از قرمز و صورتى گرفته تا آبى ، سبز و حتى زرد روشن و نارنجى تولید مى‌شوند. در واقع این الماسها مى‌توانند چنان کیفیت بالایى داشته باشند که حتى ماشینهاى ساخته شده براى تشخیص سنگهاى مصنوعى از طبیعى در تفکیکشان از یکدیگر دچار مشکل شوند، همانطور که امروزه برخى از بزرگترین الماس فروشان در صنعت نیز به زحمت از پس آن بر مى‌آیند.

شباهت فوق العاده نمونه هاى مصنوعى و طبیعى باعث شده است تا تاجران الماس براى تشخیص الماسهاى رنگى مصنوعى از سنگهاى طبیعى دست به دامن آزمایشگاههاى الماس بلژیک و دیگر نقاطى شوند که بطور سنتى عهده دار تجزیه و تحلیل و تأیید الماسها از نظر بزرگى قیراط ، رنگ و شفافیت هستند.
تشخیص الماسهای مصنوعی
آزمایشگاه آنتورپ و چند تایى دیگر در سراسر جهان براى تشخیص الماسهاى مصنوعى بطور عمده از دو نوع دستگاه استفاده مى‌کنند. در دستگاه نوع اول با تابش نور به الماس مشخصات طیفى نور جذب یا ساطع شده تجزیه و تحلیل مى‌شود. اگر نشانه‌هایى از الماس مصنوعى مشاهده شد، آزمایشگاه دستگاه دوم را بکار مى‌گیرد که این دستگاه براى آشکار ساختن ساختار درونى کریستال از نور فرابنفش استفاده مى‌کند. این دستگاهها نقصهاى موجود در الماس را حتى در مقیاس میکروسکوپى یا اتمى نیز بررسى مى‌کنند.

در واقع الماسها نیز درست مثل درختان داراى حلقه‌هاى رشدى در اطراف هسته درونى هستند. الماسهایى که در آزمایشگاه تولید یا براى تغییر رنگ دستکارى شده باشند، ساختار رشد متفاوتى از خود نشان مى‌دهند. بنابراین با اینکه آزمایشگاهها با استفاده از این دستگاهها قادر به تشخیص الماسهاى مصنوعى از طبیعى هستند اما نگرانى عمده در صنعت الماس جایى است که افراد بدون این دستگاهها توانایى تشخیص سنگهاى مصنوعى را نخواهند داشت.

الماس مصنوعی
این نوع الماس برای نخستین بار توسط گروهی از دانشمندان سوئدی در سال ۱۹۵۳ساخته شده است. جنرال الکتریک در سال ۱۹۵۴ برای اولین مرتبه با استفاده از گرافیت در فشار ۵۰ تا ۶۰ کیلو بار و دمای ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد توانست الماس مصنوعی بسازد.
در روش جدید که توسط ژاپنیها ابداع گردیده ، بخار کربن بر روی یک صفحه سرد جمع می‌شود، ابتدا CH4 و H2 در میکروویو در دمای بیش از ۲۰۰۰ درجه سانتیگراد حرارت داده می‌شود و بخار کربن بر روی یک صفحه سرد متمرکز می‌شود.
موارد مصرف الماس
الماس دارای مصارف صنعتی و زینتی است. گر چه الماس را بیشتر به عنوان زینت بخش می‌شناسند، ولی بیش از ۸۰ درصد آن به مصارف صنعتی می‌رسد. میزان الماس مصرفی در صنعت از ۷۴ درصد در سال ۱۹۳۴ به ۸۹ درصد در سال ۱۹۷۹ فزونی گرفته است. مصارف عمده الماس در صنعت جهت برش مواد بسیار سخت نظیر فولادهای آلیاژی و کاربید تنگستن ، ساییدن ، اره کردن سنگ و بتون و حفاریها بکار می‌رود.
تقسیم بندی الماسها بر اساس مصارف صنعتی
الماسها بر اساس مصارف صنعتی آنها به چهار گونه تقسیم می‌شوند:

۱٫    الماس صنعتی که به علت شکل و رنگ آن ، مصرف زینتی ندارد.
۲٫    الماس بورت که قطعه‌های کوچک و شکل نامناسب دارد.
۳٫    الماس کاربونادو که مخلوطی از الماس ، گرافیت و کربن بی‌شکل (آمورف) است.
۴٫    الماس بالاس

۱۲٫۵ درصد الماس تولیدی جهان به مصرف ساخت مته‌های حفاری و چاله زنی می‌سرد. ۲٫۵ درصد دیگر هم از الماس تولیدی در ساختن ماشینهای برش و پولیش و ۷۵ درصد دیگر به صورت پودر و یا مواد ساینده به مصرف می‌رسد. مصارف صنعتی الماس به اختصار شامل ، مته‌های الماسی ، مواد ساینده‌ها ، اره‌های الماسی ، لوازم دندانپزشکی و جراحی و دستگاههای برشی و پولیش می‌گردد.
الماس در صنعت الکترونیک
به گفته جیمز باتلر (J.Butler)، یکى از شیمیدانان محقق در آزمایشگاه تحقیقات نیروى دریایى ایالات متحده ، به لحاظ تاریخى سه مشکل عمده سر راه استفاده از الماسهاى طبیعى در کاربردهاى الکترونیکى وجود داشته است. الماسهاى طبیعى همیشه به شکل بازدارنده‌اى براى استفاده همه جانبه گران بوده‌اند و یافتن سنگهاى بزرگ با خلوص کافى نیز بسیار دشوار است. علاوه بر این هیچ دو سنگى دقیقاً شبیه هم نیستند و خواص منحصر به فرد در هر یک مى‌تواند مشکلاتى را در مدارهاى الکترونیکى به بار آورد. آخرین مشکل در استفاده از الماس براى کاربردهاى الکترونیکى و کامپیوترى نیز نیاز به دو نوع الماس یعنى سنگهاى نوع n و p براى هدایت الکترونیکى بوده است.

در دستگاههاى مجتمع باید از هر دو نوع الماس نیمه رساناى n و p استفاده کرد، اما الماسهاى نوع n بطور طبیعى وجود ندارند و الماسهاى نوع p الماس آبى ، به قدرى نادرند که هیچ راه مقرون به صرفه‌اى براى استفاده از آنها پیدا نشده است. به هر حال الماسهاى مصنوعى این مشکلات را برطرف مى‌کنند. به گفته رابرت لینارس (R. Linares) ، بنیان گذار کمپانى آپولو دیاموند براى مثال مى‌توان با افزودن ناخالصى فلز برون به الماس ، نوع P یعنى الماس آبى را تولید کرد.

بطور مشابه دانشمندان مى‌توانند با افزودن فسفر به الماسهاى بى رنگ ، الماس نوع n را نیز تولید کنند. ما براى استفاده از الماس به نوع نیمه رسانا در دستگاههاى الکترونیکى پرقدرت نیاز به ترکیبى لایه‌اى از این دو نوع الماس داریم. علاوه بر این با توجه به اینکه الماسهاى بى‌رنگ خالص در عمل بیشتر از آنکه رسانا باشند عایق هستند، مى‌توان لایه‌هایى از آنها را به این ترکیب افزود.

امروزه نیم رساناهاى بسیارى مثل سیلیکون در گستره وسیعى از دستگاههاى الکترونیکى بکار مى‌روند. اما الماس با توجه به دامنه تغییرات حرارتى و سرعت فوق العاده بیشترش ، تنها در مقایسه با خلاء است که عنوان دومین نیم رساناى برتر جهان را به خود اختصاص مى‌دهد. الماس با داشتن چنین ویژگیهایى و بخصوص امروز که آزمایشگاه قادر به تولید سنگهاى خالص و ناخالص کنترل شده‌اند، مى‌تواند پایه گذار انواع سراسر نوینى از دستگاههاى الکترونیکى پرقدرت باشد. با اینکه استفاده از الماس در صنایع الکترونیک به چند دهه دیگر واگذار شده است، اما به اعتقاد لینارس این سنگ قیمتى صنایع نیم رسانا سازى را به کلى دگرگون خواهد کرد.
برخى از کاربردهاى عملى الماس
•    لوازم الکترونیکى ولتاژ و توان بالا مثل ترنهاى سریع السیر.
•    دستگاههاى فرکانس بالا مثل رادارهاى پرقدرت و ایستگاههاى مخابراتى سلولى.
•    دستگاههاى میکرو و نانو الکترو مکانیکى مثل ساعتها و فیلترهاى تلفنهاى سلولى.
•    محاسبات کوانتومى مثل موارد مورد نیاز در ارتباطات امن.
•    آشکارساز پرتوهاى پر انرژى مثل پرتو سنجهاى پزشکى.
•    اپتیک و لیزرهاى پرقدرت مثل آنچه در کابل و خطوط تلفن یا پنجره شاتلهاى فضایى بکار می‌رود.
•    الکترودهاى الماسى مقاوم به خوردگى که مى‌تواند محیطهاى آلوده را پاک کند.
نانوتکنولوژی
نانوتکنولوژی تولید کارآمد مواد و دستگاهها و سیستمها با کنترل ماده در مقیاس طولی نانومتر و بهره برداری از خواص و پدیده‌های نو ظهوری است که در مقیاس نانو توسعه یافته‌اند.
یک نانومتر چقدر است؟
یک نانومتر یک میلیاردم متر (۱۰-۹ m) است. این مقدار حدودا چهار برابر قطر یک اتم است. مکعبی با ابعاد ۲٫۵ نانومتر ممکن است حدود ۱۰۰۰ اتم را شامل شود. کوچکترین آی سیهای امروزی با ابعادی در حدود ۲۵۰ نانومتر در هر لایه به ارتفاع یک اتم ، حدود یک میلیون اتم را در بردارند. در مقایسه یک جسم نانومتری با اندازه‌ای حدود ۱۰ نانومتر ، هزار برابر کوچکتر از قطر یک موی انسان است.

امکان مهندسی در مقیاس مولکولی برای اولین بار توسط ریچارد فاینمن (R.Feynnman) ، برنده جایزه نوبل فیزیک مطرح شد. فاینمن طی یک سخنرانی در انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا در سال ۱۹۵۹ اشاره کرد که اصول و مبانی فیزیک امکان ساخت اتم به اتم چیزها را رد نمی‌کند. وی اظهار داشت که می‌توان با استفاده از ماشینهای کوچک ماشینهایی به مراتب کوچکتر ساخت و سپس این کاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد.

همین عبارتهای افسانه وار فاینمن راهگشای یکی از جذابترین زمینه‌های نانو تکنولوژی یعنی ساخت روباتهایی در مقیاس نانو شد. در واقع تصور در اختیار داشتن لشکری از نانو ماشینهایی در ابعاد میکروب که هر کدام تحت فرمان یک پردازنده مرکزی هستند، هر دانشمندی را به وجد می‌آورد. در رویای دانشمندانی مثل جی استورس هال (J.Storrs Hall) و اریک درکسلر (E.Drexler) این روباتها یا ماشینهای مونتاژکن کوچک تحت فرمان پردازنده مرکزی به هر شکل دلخواهی در می‌آیند. شاید در آینده‌ای نه چندان دور بتوانید به کمک اجرای برنامه ای در کامپیوتر ، تخت خوابتان را تبدیل به اتومبیل کنید و با آن به محل کارتان بروید.

 

چرا این مقیاس طول اینقدر مهم است؟
خواص موجی شکل (مکانیک کوانتومی) الکترونهای داخل ماده و اثر متقابل اتمها با یکدیگر از جابجایی مواد در مقیاس نانومتر اثر می‌پذیرند. با تولید ساختارهایی در مقیاس نانومتر ، امکان کنترل خواص ذاتی مواد ازجمله دمای ذوب ، خواص مغناطیسی ، ظرفیت بار و حتی رنگ مواد بدون تغییر در ترکیب شیمیایی بوجود می‌آید. استفاده از این پتانسیل به محصولات و تکنولوژیهای جدیدی با کارآیی بالا منتهی می‌شود که پیش از این میسر نبود.

نظام سیستماتیک ماده در مقیاس نانومتری ، کلیدی برای سیستمهای بیولوژیکی است. نانوتکنولوژی به ما اجازه می‌دهد تا اجزاء و ترکیبات را داخل سلولها قرار داده و مواد جدیدی را با استفاده از روشهای جدید خود_اسمبلی بسازیم. در روش خود_اسمبلی به هیچ روبات یا ابزار دیگری برای سرهم کردن اجزاء نیازی نیست. این ترکیب پر قدرت علم مواد و بیوتکنولوژی به فرآیندها و صنایع جدیدی منتهی خواهد شد.

ساختارهایی در مقیاس نانو مانند نانو ذرات و نانولایه‌ها دارای نسبت سطح به حجم بالایی هستند که آنها را برای استفاده در مواد کامپوزیت ، واکنشهای شیمیایی ، تهیه دارو و ذخیره انرژی ایده‌ال می‌سازد. سرامیکهای نانوساختاری غالبا سخت‌تر و غیرشکننده‌تر از مشابه مقیاس میکرونی خود هستند. کاتالیزورهای مقیاس نانو راندمان واکنشهای شیمیایی و احتراق را افزایش داده و به میزان چشمگیری از مواد زائد و آلودگی آن کم می‌کنند. وسایل الکترونیکی جدید ، مدارهای کوچکتر و سریعتر و … با مصرف خیلی کمتر می‌توانند با کنترل واکنشها در نانوساختار بطور همزمان بدست آیند. اینها تنها اندکی از فواید و مزایای تهیه مواد در مقیاس نانومتر است.

منافع نانوتکنولوژی چیست؟
مفهوم جدید نانوتکنولوژی آنقدر گسترده و ناشناخته است که ممکن است روی علم و تکنولوژی در مسیرهای غیرقابل پیش بینی تأثیر بگذارد. محصولات موجود نانوتکنولوژی عبارتند از: لاستیکهای مقاوم در برابر سایش که از ترکیب ذرات خاک رس با پلیمرها بدست آمده‌اند، شیشه‌هایی که خودبه خود تمیز می‌شوند، مواد دارویی که در مقیاس نانو ذرات درست شده‌اند، ذرات مغناطیسی باهوش برای پمپهای مکنده و روان سازها ، هد دیسکهای لیزری و مغناطیسی که با کنترل دقیق ضخامت لایه‌ها از کیفیت بالاتری برخوردارند، چاپگرهای عالی با استفاده از نانو ذرات با بهترین خواص جوهر و رنگ دانه و … .
قابلیتهای محتمل تکنیکی نانوتکنولوژی
۱٫    محصولات خود_اسمبل
۲٫    کامپیوترهایی با سرعت میلیاردها برابر کامپیوترهای امروزی
۳٫    اختراعات بسیار جدید (که امروزه ناممکن است)
۴٫    سفرهای فضایی امن و مقرون به صرفه
۵٫    نانوتکنولوژی پزشکی که در واقع باعث ختم تقریبی بیماریها ، سالخوردگی و مرگ و میر خواهد شد.
۶٫    دستیابی به تحصیلات عالی برای همه بچه‌های دنیا
۷٫    احیاء و سازماندهی اراضی
برخی کاربردها

 

مدلسازی مولکولی و نانوتکنولوژی
در سازمان ¬دهی و دستکاری مواد در مقیاس نانو ، لازم است تمامی ابزار موجود جهت افزایش کارایی مواد و وسایل بکار گرفته شود. یکی از این ابزار ، شیمی تحلیلی ، خصوصا مدل ‌سازی مولکولی و شبیه ‌سازی است. امروزه ابزار تحقیقاتی فراگیری مانند روشهای شیمی تحلیلی مزیتهای فراوانی نسبت به روشهای تجربی دارند. میهیل یورکاز شرکتContinental Tire North America می‌گوید:”روشهای تجربی مستلزم بهره‌گیری از نیروی انسانی ، شیمیایی ، تجهیزات ، انرژی و زمان است. شیمی تحلیلی این امکان را برای هر فرد مهیا می‌سازد که فعالیتهای شیمیایی چندگانه‌ای را در ۲۴ ساعت شبانه ‌روز انجام دهد. شیمیدانها می‌توانند با انجام آزمایشها توسط رایانه ‌، احتمال فعالیتهای غیرمؤثر را از بین ببرند و گستره احتمالی موفقیتهای آزمایشگاهی را وسعت دهند.

نتیجه نهایی این امر ، کاهش اساسی در هزینه‌های آزمایشگاهی (مانند مواد ، انرژی ، تجهیزات) و زمان است.” از طرف دیگر ، در شیمی تحلیلی سرمایه‌ گذاری اولیه جهت تهیه نرم‌افزار و هزینه‌های وابسته از جمله سخت‌افزار جدید ، آموزش و تغییرات پرسنل بسیار بالا خواهد بود. ولی با بکار گیری هوشمندانه این ابزار می‌توان هریک از هزینه‌های اولیه را نه تنها از طریق صرفه‌جویی در هزینه آزمایشگاه بلکه بوسیله فراهم نمودن دانشی که منجر به بهینه ‌سازی فرآیندها و عملکردها می‌شود، جبران ساخت.

این موضوع برای شیمیدانها بسیار مناسب است، ولی روشهای شبیه‌سازی چطور می‌توانند برای نانوتکنولوژیستها مفید واقع شود؟ محدودیتهای آزمایشگر در مقیاس نانو ، زمانی آشکار می‌شود که شگفتی جهان دانشمندان نظری وارد عمل می‌شود. در اینجا هنگامی که دانشمندان قصد قرار دادن هر یک از اتمها را در محل مورد نظر دارند قوانین کوانتوم وارد صحنه می‌شود. پیش‌بینی رفتار و خواص در محدوده¬ای از ابعاد برای نانوتکنولوژیستها حیاتی است.

مدل‌سازی رایانه‌ای با بکارگیری قوانین اولیه مکانیک کوانتوم و یا شبیه‌سازیهای مقیاس میانی ، دانشمندان را به مشاهده و پیش‌بینی رفتار در مقیاس نانو و یا حدود آن قادر می‌سازد. مدلهای مقیاس میانی با بکارگیری واحدهای اصلی بزرگتر از مدلهای مولکولی که نیازمند جزئیات اتمی است، به ارائه خواص جامدات ، مایعات و گازها می-پردازند. روشهای مقیاس میانی در مقیاسهای طولی و زمانی بزرگتری نسبت به شبیه¬سازی مولکولی عمل می‌کنند. می‌توان این روشها را برای مطالعه مایعات پیچیده ، مخلوطهای پلیمر و مواد ساخته‌شده در مقیاس نانو و میکرو بکار برد.
مدل ‌سازی خاک‌ رس
محققین دانشگاه لندن در انگلستان و دانشگاه Paris Sud در فرانسه ، شبیه‌سازیهایی بر اساس مکانیک کوانتوم برای مطالعه و کامپوزیتهای خاک ‌رس–پلیمر بکار برده‌اند. امروزه این ترکیبات یکی از موفق‌ترین مواد نانوتکنولوژی هستند، زیرا بطور همزمان مقاومت بالا و شکل‌پذیری از خود نشان می‌دهند؛ خواصی که معمولاً در یکجا جمع نمی‌شوند. نانو کامپوزیتهای پلیمر–خاک رس می‌توانند با پلیمریزاسیون در جا تهیه شوند؛ فرآیندی که شامل مخلوط کردن مکانیکی خاک معدنی با مونومر مورد نیاز است. بنابراین مونومر در لایه درونی جای‌گذاری می‌شود (خودش را در لایه‌های درون ورقه‌های سفال جای می‌دهد) و تورق کل ساختار را افزایش می‌دهد. پلیمریزاسیون ادامه می‌یابد تا سبب پیدایش مواد پلیمری خطی و همبسته گردد.

 

دانشمندان با بکارگیری Castep (یک برنامه مکانیک کوانتوم که نظریه کارکردی چگالی را بکار می‌گیرد) تحول کشف شده در این روش را که پلیمریزاسیون میان ‌گذار خود کاتالیست نامیده می‌شود مطالعه کردند. این پروژه ، دانشی نظری در زمینه ساز و کار این فرآیند جدید را بوسیله مشخص کردن نقش سفال در کامپوزیت فراهم نمود. ضروری است که دانش حاصل از شبیه‌سازیها ، جهت کنترل و مهندسی نمودن فعل و انفعالات پلیمر-سیلیکات به کمک دانشمندان آید.

دانشمندان در شرکت BASF شبیه‌ سازیهای مقیاس میانی را برای بررسی علم و رفتار ریزواره‌ها بکاربردند. ریزواره‌ها ذراتی کروی شکل با ابعاد نانو هستند که به صورت خود به خود در محلولهای کوپلیمری ایجاد می‌شوند و در زمینه‌هایی مانند سنسورها وسایل آرایشی و دارو رسانی کاربرد دارند. دانشمندانBASF با بکار گیری esoDyn ، یک ابزار شبیه ‌سازی برای پیش‌بینی ساختارهای مقیاس میانی مواد متراکم محلولهای تغلیظ ‌شده کوپلیمرهای آمفی‌فیلیک را بررسی کردند.

شبیه‌سازیها مشخص نمود که کدام شرایط مولکولی و فرمولی به شکل‌گیری “ریزواره‌های معکوس” مانند نانو ذرات آب در یک محیط فعال منتهی‌ می¬شود. چنین نتایجی برای درک رفتار عوامل فعال سطحی ضروری هستند. به کمک روشهایی مانند پرتاب محلول در آزمایشگاه می‌توان به نتایجی در این زمینه دست یافت، اما دستیابی به این نتایج ماهها به طول می‌انجامد، درحالی که آزمایشهای شبیه‌سازی شده تنها طی چند روز نتیجه می‌دهند.
محدودیتهای این روشها چیست؟

در حالیکه امروزه ابزار مدلسازی در سطح کوانتومی و مقیاس میانی به خوبی توسعه یافته‌اند، همچنان محدودیتهایی در این عرصه وجود دارد. برای مثال کاربردهایی در زمینه وسایل الکترونیک مستلزم انجام محاسبات مکانیک کوانتوم برای تعداد اتمهایی بیش از روشهای حاضر می‌باشد که بیش از توان عملیاتی منابع محاسبه‌گر فعلی است. همچنین مدلسازی کل وسایل امکان‌پذیر نیست، بویژه عملکردها و خواص آنها.

زمین شناسی فیزیکی
زمین شناسی علمی است که به طور کلی درباره زمین بحث می کند. پیشرفت وسیع در این رشته باعث تقسیم بندی آن به شاخه ای تخصصی شده است. یکی از این شاخه ها زمین شناسی فیزیکی است که درباره مشخصات طبیعی و فیزیکی زمین مثل میدان جاذبه، ایزوستازی، جرم مخصوص و… بحث می کند.

تاریخچه
شروع مطالعات زمین شناسی فیزیکی را می توان به مطالعات فیثا غورث در مورد کروی بودن زمین نسبت داد. کرویت زمین توسط فیثا غورث با تکیه بعضی دلایلی فیزیکی در سال ۵۳۰ قبل از میلاد مشخص شده بود، پس از آن در سال ۲۴۰ قبل از میلاد رئیس کتابخانه اسکندریه به نام اراتوستنس برای اولین بار شعاع زمین را اندازه گرفت پس از آن دانشمندان بزرگی گالیله گردش زمین به دور خورشید و نیز کروی بودن آن را اثبات کرد و نیروی جاذبه کره زمین توسط نیوتن کشف شد. امروزه نیز با استفاده از دستگاههای پیشرفته و مطالعات فراوان اطلاعات بسیار خوبی را در مورد خصوصیات طبیعی و فیزیکی زمین به دست آوردیم که در توجیه بسیاری از مسائل ناشناخته و پیچیده زمین بسیار موثر بوده اند.

 

نقش و تاثیر آن در زندگی
تلفیق مطالعات صورت گرفته در زمینه زمین شناسی فیزیکی با دیگر اطلاعات بدست آمده از مطالعات ژئوفیزیکی و چینه شناسی و… می تواند کمک بسیار شایانی در اکتشافات معدنی و نفت و… بکند. مثلا از طریق اندازه گیری شتاب مغناطیسی و بررسی آنومالی های آن می توان به وجود بعضی از مواد معدنی از منطقه پی برد هر گاه شتاب جاذبه اندازهگیری شده پس از انجام تصحیحات ناشی از عوامل موثر یاد شده باز هم با مقدار تئوری آن اختلاف داشته باشد، این اختلاف که ناشی از تفاوت جرم مخصوص سنگهای زیر زمین است، به نام آنومالی خوانده می شود.ب ا بررسی این آنومالی تا حدودی می توان به ساختمان داخل زمین پی برد. مثلا آنومالی منفی شتاب جاذبه منفی نشانه آن است که در زیر ایستگاه اندازه گیری، توده ای، که جرم مخصوص آن از سنگهای اطراف کمتر است را دارد. مثلا وجود نمک در زیر زمین ممکن است این پدیده را به وجود آورد.
حدود زمین شناسی فیزیکی
بین علم زمین شناسی فیزیکی و سایر گرایش های علم زمین شناسی نمیتوان حدود مشخص را در نظر گرفت به طور کلی می توان گفت زمین شناسی فیزیکی در حقیقت همان زمین شناسی عمومی است که شامل اکثر مباحث علم زمین شناسی می باشد. ولی با پیشرفت علم زمین شناسی و لزوم بکار گیری شاخه های آن به صورت تخصصی تر، این شاخه ها از علم زمین شناسی فیزیکی جدا شده و پر و بال بیشتری به آنها داده شد. ولی در کل می توان گفت که زمین شناسی فیزیکی می تواند تمامی آنها را در برگیرد. برای مثال مطالعه آبکره زمین که امروزه بیشتر توسط شاخه آب شناسی مورد بررسی قرار می گیرد جزئی از بررسی های زمین شناسی فیزیکی است. در زمین شناسی فیزیکی مطالعه مشخصات آبکره ، اینکه مساحت اقیانوسها، دریاها و دریاچه ها و درصد آنها، چقدر است ولی در آب شناسی به صورت تخصصی تر مطالعه آبهای موجود در زیر زمین یا آبهای سطحی از نظر شیمیایی و فیزیکی و غیره می باشد. بطور کلی می توان گفت که زمین شناسی فیزیکی اکثرعلوم مختلف زمین شناسی را در بر می گیرد و هر کدام از آنها را به صورت کلی تر بررسی می کند.

 
ارتباط با سایر علوم
همانطور که از اسم آن بر می آید، زمین شناسی فیزیکی از ترکیب دو واژه زمین شناسی و فیزیک به وجود آمده است و بیشترین ارتباط را با علم فیزیک دارد. بررسی مشخصات طبیعی زمین مانند اندازه گیری شتاب جاذبه و میدان مغناطیسی و غیره بدون داشتن اطلاعاتی در زمینه فیزیک امکانپذیر نیست. همچنین باید در دیگر زمینه های مختلف علم زمین شناسی برای توجیه بعضی از پدیده ها اطلاعات کافی در اختیار داشت.
زمین شناسی ساختمانی
زمین شناسی ساختمانی (Strructural Geology

زمین شناسی ساختمانی از واژه Structral به معنی ساختاری یا ساختمانی و Geologg به معنی زمین شناسی گرفته شده است.

 

دید کلی
هر کسی که با زمین شناسی سر و کار داشته باشد، تشخیص می‌دهد که پوسته زمین در طی تاریخ زمین شناسی یک واحد ثابت و غیر متغیری نبوده است بلکه به کرات در برابر عوامل داخلی و خارجی در آن تغییر شکل ایجاد شده است. شاهد این مدعی وجود نواحی عظیم چین خورده یعنی سلسله کوههاست که در آن رسوبات و سنگهای دیگر فشرده شده و فرم آنها تغییر کرده است.

عامل دیگر رسوبات دریایی است که اینک در قلل مرتفع کوهها دیده می‌شود و در برخی موارد هزاران متر از سطح دریا بالاتر قرار گرفته است و این خود ناپایداری قشر زمین را نشان می‌دهد. بطور کلی می‌توان گفت که زمین شناسی ساختمانی و تکتونیک ، درباره ساختهای مختلف سنگهای تشکیل دهنده پوسته زمین، چگونگی تشکیل و ارتباط آنها با عوامل داخلی زمین بحث می‌کند.

اهمیت و کاربرد زمین شناسی ساختمانی
•    زمین شناسی ساختمانی در بین سایر علوم زمین شناسی ، موقعیت خاصی را داراست. مثلا تهیه نقشه زمین شناسی محل ، بدون آگاهی به نوع ساختمانهای منطقه ، غیر ممکن است. زیرا بدون توجه به ساختمانهای موجود ، ارتباط واحدهای مختلف زمین شناسی امکان پذیر نیست. از سوی دیگر مواد معدنی ، در ساختمانهای خاص زمین شناسی متمرکز می‌شوند.

مثلا نفت و گاز طبیعی بیشتر در قسمتهای بالای تاقدیسها جمع می‌شوند و با شناسایی این ساختمانهاست که می‌توان امکان وجود آنها را بررسی کرد. همچنین بسیاری از موارد معدنی بصورت رگه تشکیل می‌شوند که این رگه‌ها ، معمولا در امتداد گسلهای موجود در منطقه تشکیل می‌شوند. در بسیاری موارد ، در اثر وجود گسلها و شکستگیها ، گسترش ماده معدنی در یک منطقه قطع می‌شود و برای پیدا کردن مجدد آن ، آگاهی به مشخصات تکتونیکی منطقه ، ضروری است.
•    آشنایی به وضعیت ساختمانی منطقه ، کمک موثری در مطالعه آبهای زیرزمینی است. زیرا گسلها و شکستگیها ، مجراهای مناسب جهت عبور آبهای زیرزمینی می‌باشد. شناسایی دره ها و گسلهای ناحیه ، یکی از بهترین مراحل مقدماتی حفر تونلها و احداث سدها به شمار می‌آید.

 

انواع بررسی‌های زمین شناسی ساختمانی
بررسی بر اساس وضعیت هندسی
در این نوع تقسیم‌بندی ، ساختمانهای مختلف زمین از نظر شکل هندسی مورد توجه قرار گرفته و به انواع چین‌ها ، گسل ، درزه‌ها و … تقسیم می‌شوند.

بررسی از نقطه نظر سینماتیکی
در این بررسی ، اشکال مختلف زمین‌شناسی ، از نقطه نظر نحوه حرکات پوسته زمین ، که منجر به ایجاد ساختمان مذبور شده است، مورد بررسی قرار می‌گیرند. در حقیقت در این حالت چگونگی تشکیل ساختمانهای مختلف ، مطالعه می‌شود.

بررسی تاریخی
مقصود از این بررسیها ، مطالعه چگونگی تشکیل ساختمانهای مختلف ، در دوره‌های خاص زمین‌شناسی است. زیرا بطوری که می‌دانیم، در دوره‌های مختلف دوران زمین شناسی ، حرکات تکتونیکی مختلفی وجود داشته است.

بررسی از نظر دینامیکی
در این بررسی ، رابطه نیروهای موثر بر سنگهای زمین و ساختمانهای حاصله ناشی از آنها مورد بررسی قرار می‌گیرد.

زمین شناسی ساختمانی و سایر علوم زمین شناسی
پترولوژی
این شاخه از علوم زمین از منشا پیدایش و شرایط تشکیل سنگها و همچنین رابطه موجود این سنگها گفتگو می نماید و ارتباط نزدیکی با زمین شناسی ساختمانی دارد، مخصوصا تغییر شکلهایی که در اعماق با تبلور مجدد یا دگرگونی سنگها همراه است.

رسوب شناسی
رسوب شناسی و رسوب گذاری از رخدادهای تکتونیکی ، شواهد و مدارک زیادی ارائه می‌نمایند، زیرا تغییر شرایط ته نشینی و انباشته شدن رسوبات با تغییر شکل حوضه‌های رسوبی همراه است.

چینه شناسی
اغلب اوقات وضع چینه شناسی به موقعیت ساختمانی طبقات وابسته است که بدون دانستن سرگذشت تکتونیک منطقه ، امکان بررسی ترتیب چینه شناسی وجود ندارد.

ژئومورفولوژی
ژئومورفولوژی در نواحی که تحت تاثیر تکتونیک جدید قرار گرفته است، دارای اهمیت زیادی است.

زمین شناسی کاربردی
نیروهای عمل کننده بر زمین باعث ایجاد تغییر در پوسته زمین و تاثیر گذاری بر روی سازه‌های احداث شده بر روی آن می‌شود. بنابراین شناخت پدیده‌های ساختمانی و تکتونیکی کمک موثری به برنامه ریزی در این گونه تشکیلات می‌نماید.

زمین شناسی اقتصادی
بسیاری از مواد معدنی به صورت رگه در امتداد گسلها و شکستگیهای موجود در منطقه تشکیل می‌گردد و یا نفت و گاز طبیعی بیشتر در ساختهای خاص زمین شناسی ( تاقدیس ) جمع می‌شوند که برای شناخت این ساختها و استفاده بهینه از مخازن موجود آگاهی از مشخصات تکتونیکی و ساختمانی منطقه لازم است.

هیدروژئولوژی
آشنایی به وضعیت ساختمانی منطقه کمک موثری در مطالعه مخازن زیرزمینی است، چون گسلها و شکستگیها علاوه بر جابجایی لایه‌های آبدار ، مجرای مناسبی جهت عبور آبهای زیرزمینی هستند.

فتوژئولوژی
امروزه بررسیهای زمین شناسی ساختمانی با استفاده از عکسهای هوایی و مطالعه مستقیم در روی زمین ( زمین شناسی صحرایی ) صورت می‌گیرد و اصولا این دو علم لازم و ملزوم یکدیگرند.

زمین شناسی تاریخی
ریشه لغوی
زمین شناسی تاریخی از دو کلمه Historical به معنی تاریخی و Geology به معنی زمین شناسی گرفته شده است.

 
دید کلی
زمین شناسی تاریخی ، شاخه مهمی از علم زمین شناسی است که از تاریخ تحولات و تکامل تدریجی زمین و حیات وجود در آن از ابتدای تشکیل تا به امروز بحث می‌نماید. از این رو زمین شناسی تاریخی ارتباط بسیار نزدیکی با چینه شناسی ، فسیل شناسی و ژئوکرونولوژی دارد. سیر تحولات پوسته زمین اعم از قاره‌ای و اقیانوسی ، منشا و موقیت قبلی و اولیه قاره‌ها ، زمان جدایش آنها ، تشکیل اقیانوس ، منشا حیات و سیر تکاملی آنها در زمان‌های مختلف زمین شناسی ، همچنین کوهزایی‌ها و زمان آنها ، از جمله فرآیند‌هایی هستند که در طول تاریخ زمین رخ داده‌اند و در تقسیم بندی عمر زمین به دوره‌های زمین شناسی نقش اساسی دارند.

روش زمین شناسی تاریخی آن است که از طریق مطالعه ساختمان کنونی ، اثرات و شواهد پدیده‌های مختلف به چگونگی وقوع و شکل گرفتن آنها پی برده می‌شود. اطلاعات حاصل از یادگیری تاریخ زمین بسیار با ارزش است. برای مثال امروزه زمین شناسان دریافته‌اند که نفت و گاز اغلب بر روی گنبدهای نمکی تجمع پیدا می‌کنند و یا ذغال سنگ‌ها معمولا در آب و هوای گرم و مرطوب و محیط‌های مردابی بوجود می‌آیند، از طریق مطالعه گذشته زمین می‌توان به چنین محیط‌های رسوبی و یا آب و هوای دیرینه پی برده و در نتیجه راه را برای اکتشاف منابع مذکور هموار نمود.
تاریخچه زمین شناسی تاریخی
•    انسان از بدو خلقت می‌کوشیده که محیط خود را بشناسد، انسان اولیه از مشاهده پدیده‌هایی مانند : زلزله ، آتشفشان و باد و باران به تفکر پرداخته و برای بقای زندگی تلاش نموده تا محیط خود را بهتر بشناسد. زمین شناسی تاریخی یکی از شاخه‌های متنوع زمین شناسی است که همزمان با پیشرفت این علم بر اهمیت آن افزوده شده است.
•    ویلیام اسمیت (۱۸۳۹-۱۷۶۹) مهندس معدن طی تجربیات ۲۴ ساله خود علم چینه شناسی و زمین شناسی تاریخی را بنیانگذاری نمود. وی به پدر چینه شناسی معروف شده است.
•    انتشار کتاب تئوری زمین) توسط جیمز هاتن توجه مردم را به اهمیت مطالعه زمین و تاریخ آن جلب نمود. هاتن نشان داد که فسیلها بقایای حیات گذشته بوده و برای تعیین سن نسبی زمین می‌توان از آنها استفاده نمود.
•     
•    بعد از کشف مواد رادیواکتیو در اوایل قرن جدید برای تعیین سن زمینی و تنظیم جدول زمانی آن از این مواد استفاده شد. تئوری تکتونیک صفحه‌ای وگنر (۱۹۱۵) به حل مسائل مهم زمین شناسی کمک زیادی نمود.
•    با اینکه امروزه اطلاعات زیادی از زمین و تحولات آن کسب شده است، ولی مسائل دیگری نیز لاینحل باقی مانده که کشف و حل آنها بر عهده زمین شناسان جوان خواهد بود.
تولد زمین
•    حدود ۱۰ میلیارد سال قبل ، ستاره که از هیدروژن اولیه زاده شده بود منفجر گردید و بقایای اتم‌های هیدروژن و هلیم و سایر عناصر سنگین آن ستاره در فضا آزاد شد. پنج میلیارد سال بعد خورشید و بیش از یکصد تریلیون اجرام کوچک و بزرگ سماوی متشکل از مواد مختلف گازی ، جامد و یخ در مدارهای مختلف به دور خورشید به گردش درآمده‌اند و تدریجا نه سیاره به طور مستقل (در اثر افزایش قدرت جاذبه و وزن و حجم) در منظومه شمسی شامل عطارد ، زهره ، زمین ، مریخ ، مشتری ، زحل ، اورانوس ، نپتون و پلوتو و قمرهای آنها به وجود آمدند.
•    حرارت کره زمین پس از تولد ، به تدریج رو به کاهش نهاد و جو زمین به حد و نقطه بحرانی رسید که دیگر نتوانست بر تراکم خود بیافزاید و ابرها بجای ضخیمتر شدن ، رطوبت خود را به صورت باران بر زمین سرازیر نمودند. بارندگی‌ها تا میلیونها سال ادامه یافت تا سرانجام نواحی ژرف و عمیق زمین را پر کرد که به آسانی در آب حل می‌شود، در آب دریا‌ها حل گردید و موجب تشکیل رسوبات آهکی گردید و بدین ترتیب بطور مداوم دی اکسید کربن از جو زمین به اقیانوس منتقل گردید.

 
تقویم زمین شناسی
•    از مدتها قبل زمین شناسان با توجه به ترتیبی که در ته نشینی لایه‌های مختلف پوسته زمین وجود دارد، سعی در تدوین جدولی نمودند تا بتوانند هر لایه را در جای خود ترسیم نمایند.
•    در اواخر قرن هفدهم زمین شناسانی که در ایتالیا و آلمان کار می‌کردن یک ستون چینه شناسی سه قسمتی درست کردند. بعدا توسط ورنر پوسته زمین به پنج قسمت تقسیم شد. ورنر طرح تقسیمات خود را بر مبنای منشا سنگها قرار داد ولی بعد دریافت که برای ایجاد نظم و ترتیب کامل در ستون چینه شناسی ، به یک ستون استاندارد در مقیاس جهانی نیاز است. اساس طرح ورنر بر پایه نظریه‌های هاتن و پلوتو نیست‌ها بود. نهایتا طراحی توسط اسمیت در انگلستان و کوویر در حوزه پاریس ارائه شد که بر مبنای فسیلها بنا شده بود.
•    در اوایل قرن هجدهم زمین شناسان با ادغام نظریه‌های استنو ، هاتن ، اسمیت و کوویر دریافتند، ترتیب پیچیده‌ای در سنگهای پوسته زمین وجود دارد که می‌تواند نماینده ستون چینه شناسی باشد. مطالعه بر روی ستون چینه شناسی تا قرن نوزدهم بطول انجامید تا در نتیجه جدولی تدوین شد که امروزه از آن استفاده می‌شود.
واحدهای زمانی زمین شناسی
در اواخر قرن ۱۹ زمین شناسان متوجه اهمیت و لزوم جدا کردن تقسیمات زمان زمین شناسی و سنگها رسوبی نموده در طول زمان شدند. بر همین اساس واحدهای چینه شناسی را به واحدهای زمانی و واحدهای زمانی سنگ شناسی تقسیم نمودند. واحدهای زمانی سنگ شناسی به ترتیب عبارتند از:
بیوزون
ساده‌ترین و اولین واحدی که در تقسیم بندی زمان طبقات رسوبی به کار می‌رود، بیوزون است. بیوزن می‌تواند مجموعه رسوباتی را شامل شود که در آن یک گونه فسیلی جانوری با ارزش چینه شناسی مشخص قرار داشته باشد.
اشکوب
۱٫    بعد از بیوزن واحد بزرگتری که از لحاظ زمانی- سنگی به کار می‌رود، اشکوب است. اشکوب شامل مجموعه طبقات مربوط به رسوبات دریایی با فسیل‌های شاخص است که در مکان معینی دقیقا مطالعه شده است.
۲٫    معمولا نام اشکوب را از اسم محلی که اولین بار مطالعه شده است گرفته و یکی پسوند «ian» به آن اضافه می‌کنند. مثلا اشکوب لوتسین از کلمه لوتس نام قدیمی شهر پاریس گرفته شده است.
۳٫    هر اشکوب چند بیوزون را شامل می‌شود. به عنوان مثال اشکوب کامپانین در حوضه پاریس از دو بیوزون تشکیل گردیده است. چنانچه یک اشکوب شامل بیوزن‌های متعدد باشد آن را به زیر اشکوب تقسیم می‌کنند. واحد اصلی کرونوستراتیگرافی که در مطالعات چینه شناسی مورد استعمال بیشتری دارد، اشکوب است.
سیستم
۱٫    مجموعه چند اشکوب یک سیستم را به وجود می‌آورد. نام هر سیستم از نام یک ناحیه مشخص ، یا سری رسوبات به خصوص و یا از نام فسیل‌های خاص اشتقاق می‌یابد.
۲٫    به عنوان مثال در حالت اول در دوران پالئوزوئیک نام سیستم دونین از ناحیه دون ، (Devon) واقع در جنوب غرب انگلستان و در دوران دوم سیستم ژوراسیک از ناحیه ژورا (Jura) واقع در بین آلمان و فرانسه گرفته شده است.
۳٫    در حالت دوم نام سیستم کربنیفر از رسوبات کربن‌دار (ذغال‌دار) و همچنین نام سیستم کرتاسه از کلمه یونانی کرتا به مفهوم رسوبات کربناته مشتق شده است.
۴٫    سرانجام در حالت سوم دوره نومولیتیک که یک زیر سیستم به شمار می‌رود و مترادف پالئوژن است، نامش از فسیل نومولیتس اخذ گردیده است.
۵٫    بعضی از سیستم‌ها به زیر سیستم نیز تقسیم شده است. مثلا سیستم ژوراسیک به زیر سیستم‌های لیاس ، دوگر و مالم تقسیم شده است.
دوران (Erathem)
سرانجام چند سیستم یک دوران را تشکیل می‌دهند. که تعریف دوران بر اساس دلایل و شواهد دیرینه شناسی ، چینه شناسی ، تغییرات مهم در عالم جانوری و گیاهی یا به عبارت دیگر تکامل موجودات و همچنین دوره‌های کوهزایی است.

زمین لغزش
حرکت و جابجایی بخشی از مواد دامنه در امتداد یک سطح گسیختگی مشخص را «لغزش» می‌نامیم. در لغزشهای دامنه‌ای تغییر شکل از نوع «برش ساده» است. لغزش انواع مختلف داشته و در هر نوع مصالحی می‌تواند ایجاد شود. ویژگیهای توده متحرک و شکل سطح گسیختگی معمولا به عنوان عوامل طبقه بندی لغزشها بکار گرفته می‌شوند.

انواع لغزشهای دامنه‌ای
لغزش انتقالی یا ساده
در لغزش انتقالی ، توده‌ای از مواد به روی یک سطح کم و بیش مسطوی به سمت پایین دامنه می‌لغزند. شرایط زمین شناسی و در راس آن وجود ناپیوستگیهای ساختی دارای جهتیابی مناسب ، از جمله عوامل ایجاد یک لغزش انتقالی است.
لغزش دایره‌ای یا چرخشی
لغزش دایره‌ای یا چرخشی عمدتا در دامنه‌های خاکی و خرده سنگی طبیعی و مصنوعی و به مقدار کمتر در دامنه‌هایی که از سنگ خرد شده یا ضعیف و هوازده ساخته شده‌اند، دیده می شود. در این حالت گسیختگی در راستای سطوحی منحنی و قاشقی شکل ، که حداکثر تنش برشی را تحمل می کنند، صورت می‌گیرد. برای ایجاد یک لغزش دایره‌ای معمولا نیاز به شرایط زمین شناسی ویژه و گسستگیهای ساختی نیست.
لغزش مسطوی در سنگ
این نوع لغزش انواع مختلفی دارد. از آن جمله است لغزش یک یا چند واحد سنگی در امتداد یک یا چند سطح مسطوی ، سر خوردن یک قطعه کوچک یا ورقه‌ای از سنگ به روی دامنه ، لغزش توده عظیمی از سنگ و سرانجام لغزش گوه‌ای در امتداد فصل مشترک دو صفحه متقاطع.
شرایط مناسب برای لغزش مسطوی
سنگهای لایه‌لایه رسوبی که شیبشان به سمت خارج دامنه و مقدار آن مساوی یا کمتر از شیب دامنه است.
گسل‌ها ، درزها و فولیاسیونهایی که سطوح ضعیف ممتدی را ساخته و سطح دامنه را قطع می‌کنند.
درزهای متقاطع که گسیختگیهای گوه‌ای را می‌سازند.
سنگ سخت و درزدار که سر خوردن قطعات سنگ را به همراه دارد.
پوسته پوسته شدن در توده‌های گرانیتی که سرخوردن ورقه‌هایی از سنگ را باعث می‌شود.

لغزش چرخشی در سنگ

در این نوع لغزش توده‌ای قاشقی شکل از سنگ ، بر اثر لغزش در امتداد سطحی استوانه‌ای ، گسیخته می‌شود. ایجاد ترکهایی در راس بخش ناپایدار و برآمدگیهایی در پاشنه آن نشانه‌های حرکات آغازین‌اند. پس از گسیختگی نیز معمولا پرتگاهی در بالای دامنه و به هم ریختگیهایی در پایین آن متساعد می‌شود. افزایش شیب دامنه ، هوازدگی و نیروهای آب نشستی از دلایل اصلی این نوع لغزشند.

لغزش چرخشی در سنگهای سخت یکپارچه دیده نمی‌شود. در مقابل درستیهای دریایی و دیگر سنگهای نرم ، همچنین در سنگهای رسوبی لایه‌لایه به شدت درزدار و دارای لایه‌های ضعیف ، فراوان ایجاد می شود. شیب طبیعی شیلهای دریایی متورم شونده و به شدت ترکدار ، کم و پایدارسازی آنها معمولا مشکل است. این نوع گسیختگیها معمولا پیشرونده و وسیع اند.
•    لغزش چرخشی در خاک
رایجترین نوع لغزش در خاک ، حرکت چرخشی یک یا چند قطعه از آن در امتداد سطوح استوانه‌ای است.
علل اصلی لغزش چرخشی در خاک
•    نیروهای آب نشستی
•    افزایش شیب دامنه
•    ساختهای قبلی باقیمانده در خاک برجا
لغزشهای چرخشی از ویژگیهای رسوبات نسبتا صخیم خاک چسبنده و بدون سطوح ضعیف است. عمق سطح گسیختگی وابسته به شرایط زمین شناسی است. لغزشهای عمیق در زمینهای رسی و لغزشهای کم عمق در واریزه‌ها انجام می‌شود. نشانه‌های اولیه این نوع لغزش ، ترکهای کششی در راس و برجستگیهای در قاعده دامنه است.
گسترش جانبی و گسیختگی متوالی
نوعی گسیختگی صفحه‌ای است که سنگ و خاک دیده می‌شود. در اینجا مواد در امتداد یک سطح ضعیف بطور جانبی تحت تنش قرار گرفته و متوالیا بصورت قطعاتی می‌شکنند. علل اصلی این نوع لغزش عبارت است از نیروهای آب نشستی و افزایش شیب و ارتفاع دامنه. این نوع گسیختگی را معمولا نمی‌توان با روشهای ریاضی پیش بینی کرد. زیرا از قبل نمی‌توان محل تشکیل اولین ترک و در نتیجه اولین قطعه را مشخص کرد. با این حال ، چون در انواع خاصی از سنگ و خاک ایجاد می‌شود، تشخیص حالات ناپایدار بالقوه امکان پذیر است. گسترش جانبی معمولا به تدریج توسعه یافته و می‌تواند حجم زیادی داشته باشد.

این نوع گسیختگی در دره رودها رایج است و بطور مشخصی در رسهای سخت شکاف‌دار ، شیلهای رسی و لایه‌های افقی یا کم شیب ، که حاوی مناطق ضعیف ممتدی هستند، دیده می‌شود. واریزه‌هایی که به روی خاک برجا یا سنگ دارای شیب ملائم قرار گرفته‌اند، متوالیا بصورت گسترش جانبی گسیخته می‌شوند. نشانه این نوع گسیختگی در مراحل آغازین ترکهای کششی است، البته در برخی شرایط مثل بارگذاری ناشی از زمین لرزه ، ممکن است ناگهانی باشد. در خلال گسترش پیشرونده ، ترکهای کششی بار شده و پرتگاههایی ایجاد می‌شود. گسیختگی نهایی ممکن است تا سالها اتفاق نیافتد.
•    لغزش واریزه

این نوع لغزش به حرکت توده‌ای از خاک ، یا خاک و قطعات سنگ که بطور یکجا یا در واحدهای جداگانه در روی یک سطح مسطوی پرشیب می‌لغزند، اطلاق می‌شود. این لغزش اغلب حالت پیشرونده داشته و ممکن است به بهمن یا جریان منتهی شود. علل اصلی لغزش واریزه‌ای عبارتست از افزایش نیروی آب نشستی و شیب دامنه. این نوع لغزش در جاهایی که واریزه‌ها یا خاک برجا به روی سطح شیبدار و نسبتا کم عمق سنگی قرار گرفته باشد، ایجاد می‌شود. آغاز حرکت در این نوع لغزش هم با ترکهای کششی مشخص می‌شود.

دانلود کتاب






مطالب مشابه با این مطلب

    دانستنیهای کانیها و سنگها

    دانستنیهای سنگها و کانیها : بازالت: بازالت عبارت از سنگ آتشفشانی تمام بلورین ، نیمه بلورین و گاهی شیشه‌ای است که دارای بافت آفانیتی است و گاهی نیز بصورت توده‌های تموذی کم عمق ظاهر می‌شود مهمترین کانیهایی که در این سنگها دیده می‌شوند عبارتند […]

    لایه اوزون جو زمین ‘در حال ترمیم است’

    بهبود وضعیت لایه اوزون با افزایش نگرانی در مورد گرمایش زمین همراه بوده است سازمان ملل اعلام کرده که لایه اوزون، که از زمین در برابر تشعشعات زیانبار خورشید حفاظت می‌کند، رو به ترمیم است. براساس این گزارش، برای نخستین بار طی سی و […]

    سونامی چیست وچگونه به وجود می اید؟

    کلمه سونامی (tsunami) از کلمات ژاپنی tsu (بندر) و nami (امواج) تشکیل شده است. سونامی موج یا رشته‌ای از امواج است که در اقیانوس به دنبال زلزله های دریایی بوجود می‌آید. این امواج ممکن است صدها کیلومتر پهنا داشته باشد و هنگام رسیدن به […]

    زمین

    زمین ، سومین سیاره نزدیک به خورشید و بزرگترین سیاره در میان سیارات درونی است. ساختار درونی زمین مثل سایر سیارات درونی از یک هسته داخلی و یک هسته خارجی به همراه لایه‌های مذاب و نیمه مذاب و سنگی جامد تشکیل یافته است. هسته […]

    تصفیه و ضد عفونی آب و فاضلاب

    امروزه حفظ منابع آب ، یعنی حیاتی ترین ماده ای که بشر به آن نیاز دارد بطور فزاینده ای مورد توجه مجامع مختلف بین المللی قرار گرفته است . رشد روزافزون جمعیت و در نتیجه بهره برداری بیش از حد از منابع محدود آب […]

    چطور الماس تشکیل می‌شود؟

    الماس‌ها از کربن تشکیل می‌شوند- کربن کاملا سازمان‌یافته. بر اساس تحقیق جدیدی که در نشریه Nature  منتشر شده است، دانشمندان حدس می‌زنند الماس‌ها درون کره زمین از یک تا سه میلیارد سال قبل تولید شده‌امند؛ آنها فکر می‌کنندکه دستورالعمل ساخته‌شدن الماس این‌گونه است: ۱٫دی‌اکسید […]




هو الکاتب


پایگاه اینترنتی دانلود رايگان كتاب تك بوك در ستاد ساماندهي سايتهاي ايراني به ثبت رسيده است و  بر طبق قوانین جمهوری اسلامی ایران فعالیت میکند و به هیچ ارگان یا سازمانی وابسته نیست و هر گونه فعالیت غیر اخلاقی و سیاسی در آن ممنوع میباشد.
این پایگاه اینترنتی هیچ مسئولیتی در قبال محتویات کتاب ها و مطالب موجود در سایت نمی پذیرد و محتویات آنها مستقیما به نویسنده آنها مربوط میشود.
در صورت مشاهده کتابی خارج از قوانین در اینجا اعلام کنید تا حذف شود(حتما نام کامل کتاب و دلیل حذف قید شود) ،  درخواستهای سلیقه ای رسیدگی نخواهد شد.
در صورتیکه شما نویسنده یا ناشر یکی از کتاب هایی هستید که به اشتباه در این پایگاه اینترنتی قرار داده شده از اینجا تقاضای حذف کتاب کنید تا بسرعت حذف شود.
كتابخانه رايگان تك كتاب
دانلود كتاب هنر نيست ، خواندن كتاب هنر است.

دانلود کتاب , دانلود کتاب اندروید , کتاب , pdf , دانلود , کتاب آموزش , دانلود رایگان کتاب


تمامی حقوق و مطالب سایت برای تک بوک محفوظ است و هرگونه کپی برداری بدون ذکر منبع ممنوع می باشد.


فید نقشه سایت

تمامی حقوق برای سایت تک بوک محفوظ میباشد