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Geschichte
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Entwicklung
Kristalle
Kristallographie
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elektrizität
Seignettesalz-
kristalle
Kristallzucht
Theorie
Der Piezoeffekt am Beispiel des
Quarzkristalls
Piezo-
elektrische Grundsätze
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Vorüber-
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Versuchs-
aufbau
Generelle
Probleme
1.Versuchs-
durchgang
2.Versuchs-
durchgang
Schluss

1. Kristallographie

Die Kristallformen der einzelnen Kristalle sind von der Anordnung ihrer kleinsten Bausteine (Ione, Atome oder/und Molekühle) abhängig. Diese Grundeinheiten (sog. "Elementarzellen") sind gesetzmäßig geometrisch angeordnet, die Elementarzellen bauen Raumgitter oder Kristallgitter auf. Die makroskopischen Kristallstrukturen ergeben sich durch die Translationen der Elementarzelle um ganzzahlige Vielfache der Gitterkonstanten in allen drei Achsenrichtungen Die Raumgitter werden in verschiedenen Gittertypen eingeteilt. Im Dreidimensionalen gibt es insgesamt 14 verschiedene Gittertypen, die nach dem französischen Physiker Auguste Bravais Bravais-Gitter genannt werden . Diese werden der Einfachheit halber durch 7 Systeme von Elementarzellen klassifiziert. Diese Kristallsysteme unterscheiden sich, durch die Winkel Alpha, Beta, Gamma die die Gittervektoren a, b, c miteinander bilden und durch die Längenverhältnisse dieser Vektoren. Als Beispiel für ein Kristallsystem kann man die Elementarzelle des Kochsalzes, die in Abbildung 2 dargestellt ist, hernehmen.



Abb. 2: Elementarzelle des Kochsalzes

Die einfach positiv geladenen Natriumionen (grau) gehen mit den einfach negativ geladenen Chloridionen (rot) eine Ionenbindung ein. Durch ihre Ladungen bauen sich die Ionen in ein Gittersystem ein. Beim Kochsalz sind die Gittervektoren a, b, c jeweils gleichlang und stehen senkrecht aufeinander. Innerhalb der Kristallsysteme können je nach Belegung mit Atomen vier Varianten auftreten:

primitives Gitter: Es sind nur die Eckpunkte der Elementarzelle mit Atomen besetzt.

Flächenzentriertes Gitter: Die Eckpunkte und die Gitterflächen sind mit Atomen besetzt.

basiszentriertes Gitter: Die Eckpunkte und zwei gegenüberliegende Flächen sind mit Atomen besetzt.

Raumzentriertes Gitter: Die Eckpunkte sind mit Atomen besetzt und es befindet sich noch ein Atom im Innern der Zelle.

Den Kristallsytemen sind 32 Kristallklassen, oder auch Punktgruppen zugeordnet, die Zugehörigkeit zu einer Punktgruppe spielt auch im Hinblick auf den Piezoeffekt eine große Rolle, denn sie entscheidet ob ein Kristall piezoelektrische Eigenschaften hat oder nicht. Die Kristallklassen entstehen indem man alle möglichen Kombinationen folgender Symmetrieelemente durchspielt:

Die Symmetrieebene: Sie teilt den Kristall in zwei symmetrische Hälften und wird deshalb auch Spiegelebene genannt.



Abb. 3: Symmetrieebene


Die Symmetrieachse: Eine Gerade, die durch das Zentrum des Kristalls läuft. Wird der Kristall um diese Achse gedreht, so gelangt er bei bestimmten. Drehwinkeln in die Stellungen, die der Ausgangsposition entsprechen. Je nach dem, wie oft dies bei einer vollen Drehung um 360° erreicht wird, wird die Symmetrieachse zweizählig (bei 180°), dreizählig (bei 120° & 240°), vierzählig (bei 90° & 180° & 270°) oder sechszählig (bei 60° & 120° & 180° & 240° &300°) genannt.



Abb.4: drei vierzählige Symmetrieachsen

Das Symmetriezentrum: Wenn der Kristall durch eine Punktspiegelung an einem Zentrum in sich selbst übergeht, ist dieses Zentrum ein Symmetriezentrum.



Abb.5: Symmetriezentrum


32 Kristallklassen eingeteilt in 7 Kristallsysteme