산업에 이용되는 결정

탐사와 채광

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금속과 보석을 포함한 광상(鑛床)의 탐사는 이미 선사 시대 때부터 시작되었다. 금이나 은, 금강석 등은 구리와 같은 광물에 비해 훨씬 적은 양으로 산출되므로 더 높은 가치를 가진다. 채산성이 있는 광산이 되려면, 무엇보다 한 지역에서 많은 양의 광물이 산출되거나 광물을 캐내기가 쉬워야 한다. 따라서 상대적으로 노천 채굴, 준설 등의 채굴법이 유리하며, 설사 지하 깊은 곳이라 해도 쓸모 있는 광물의 채광은 쉬워야 한다. 구리, 철, 주석과 같은 쓸모 있는 금속을 포함하고 있는 광물을 '광석'이라 한다.

 

핵으로부터의 성장

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과학자들은 100여 년 전부터 지각에서 만들어지는 것과 똑같은 결정을 인공적으로 만들려고 노력해 왔다. 천연 결정은 대개 불순물을 함유하며 어떤 경우에는 흠집이 있지만, 인공적으로 합성한 결정은 흠집이 없다. 인공 결정은 또한 특별한 용도를 정해진 모양과 크기로 만들 수도 있다. 오늘날에는 각종 인공 결정이 현대 기술의 중요한 분야를 차지하고 있으며, 거의 모든 전자 공학과 광학 장치에 이용되고 있다. 완벽한 결정을 필요로 하는 곳이 많아지는 까닭에 인공 결정이 더 많이 만들어져야 한다. 전자 공학의 미래는 결정을 인공적으로 만드는 기술의 발전 여부에 달렸다.

 

인공 결정

창연은 자연산도 있지만 사진(비스무트(Bismuth))과 같은 인공 결정군은 도가니 속에서 금속을 녹이고 냉각시켜 만든다.

이것은 주로 땜납, 전기 퓨즈, 도료로 쓰인다.

 

융제를 이용

에메랄드는 융제를 이용한 용융법으로 대량 생산한다. 에메랄드와 화학 조성이 같은 분말을 도가니 안에서 융제와 함께 가열하면 융제가 녹고 분말이 분해되어 혼합물을 이룬다. 이 혼합물을 가만히 놔두면 아주 느리게 식어 결정이 생긴다. 결정이 생기기까지는 여러 달 걸린다.

 

화염을 이용한 성장 기법

화염 용융법은 1900년경에 오귀스트 베르누이가 완성시켰다. 이 방법은 첨정석, 금홍석, 강옥 등을 만들 때 사용된다. 가루 물질을 화염에 집어넣어 녹인 다음 녹은 액체 방울을 지지대 위에 떨어트린다. 그런 다음 이 지지대를 화염에서 서서히 끄집어 내면 단일 결정 또는 인공 원식이 생긴다.

 

산업에 이용되는 결정

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기술 변천과 사회 변화가 빠른 오늘날, 결정은 아주 중요한 구실을 하고 있다. 결정에 대한 기본적인 이해는 20세기 이전에도 있어 왔지만, 결정을 이용한 과학 기술이 중요하다고 받아들여진 것은 20세기 후반부터이다. 오늘날 결정은 조정 회로, 기계, 전자 공학, 통신 기기, 산업 기기, 그리고 의학 분야에까지 널리 이용되고 있다. 우리가 물건을 살 때 사용하는 신용 카드도 결정을 이용한 것이다. 결정 연구 기관에서는 반도체 칩, 루비를 이용한 레이저 기기, 그리고 여러 형태의 금강석 공구를 연구해 낸다. 많은 새로운 인공 결정이 각각 특별한 목적에 맞게 지속적으로 만들어지고 있다.

 

금강석으로 만든 공구

금강석은 본래 단단하기 때문에 여러 분야에 사용된다. 금강석은 크기와 모양과 세기 등을 조절하여 자르기, 구멍뚫기, 다듬기 등 암석의 절단에서 정교한 안과 수술에 이르기까지 여러 곳에 사용할 수 있다. 천연 금강석과 인조 금강석을 모두 사용할 수 있으나, 공업용 금강석의 80% 이상은 인조 금강석이다.

 

 금강석 창

금강석은 아주 나쁜 상태에서도 잘 견딜 수 있으므로, 우주 작업에 사용된다. 금강석은 금성 탐색선인 파이어 니어 호의 적외선 복사계 실험 기기의 창으로 이용되었는데, 그것은 금성의 표면 온도(450°c)를 견딜 수 있었기 때문이다.

 

 회로기판

큰 용량의 컴퓨터에는 여러 종류의 반도체 칩이 필요하다. 각각의 반도체 칩은 제각기 다른 회로를 가지며 컴퓨터 안에서 맡는 일도 서로 다르다. 이것들으니 개별적으로 보호되며, 회로 기판에서 다른 칩과 연결되어 있다.

 

 신용 카드

스마트카드란 소형 컴퓨터 기능을 갖는 아주 작은 실리콘 칩이 내장된 신용 카드이다. 

 

 실리콘 조각

실리콘 칩은 순수한 규소의 인공 결정에서 잘라 낸 웨이퍼라고 하는 매우 얇은 조각으로 만들어진다. 웨이퍼의 전자 회로는 에칭으로 만들며, 이 회로는 매트릭스라고 하는 한 장의 얇은 필름 조각에서 웨이퍼로 전달된다.

 

루비 막대

합성 루비 결정은 레이저에 사용된다. 루비 안에 있는 원자가 열을 받으면 특정 파장의 빛에 자극을 받아 자극한 빛과 동일한 방사파를 내보낸다. 이것이 심홍색의 레이저 광선을 만든다.