03-10-2025-Materials Technologies - Crystal Lattice [EN]-[IT]

~~~ La versione in italiano inizia subito dopo la versione in inglese ~~~

ENGLISH

03-10-2025-Materials Technologies - Crystal Lattice [EN]-[IT]
With this post, I would like to provide a brief introduction to the topic mentioned above.
(lesson/article code: EX_LZ_08)

Image created with artificial intelligence, the software used is Microsoft Copilot

Introduction
A crystal lattice is a geometric pattern that represents, in a periodic and regular manner, the arrangement of atoms, ions, or molecules in a crystal.
What is a crystal?
A crystal is a solid in which atoms, ions, or molecules are arranged in a regular and repetitive pattern in space.

Here's an example.

Image created with artificial intelligence, ChatGPT software used

Key Concepts
The key concepts of the crystal lattice are:
-Unit cell (or unit cell)
-Lattice parameters
-Symmetry and crystal systems
-Coordination number
-Reciprocal lattice

Importance of the crystal lattice
The crystal lattice is very important in materials technology because the mechanical, electrical, and thermal properties of a material depend greatly on how its atoms are arranged. This mechanism is represented by the arrow indicating rotation.

Screw-type dislocation

In the image above, we see a crystal lattice with a plane that slips or slides in a helical shape around a line. This highlights a typical material defect.
This particular material defect, highlighted by the crystal lattice, is called a screw-type dislocation. In this case, the atoms move in a spiral around the dislocation line.
This type of structural defect has significant effects on the material's behavior, such as:
-Reduction in mechanical strength
-Permanent deformation
-Increased ductility
-Sensitivity to heat treatment
So all these things can be understood from the crystal lattice.

Edge dislocation

In the image above, we always see a crystal lattice. This crystal lattice has an extra half-plane of atoms that inserts itself into the structure.
This is the typical representation of an edge dislocation.
This is essentially a linear defect in the crystal lattice.
This means that the material has:
-Facilitated plastic flow
-Reduction in theoretical yield strength
-Influence on strength and ductility
We can say that edge dislocations are one of the reasons why real metals are deformable and workable; without these dislocations, they would be extremely brittle.

Mixed-type dislocation

Above is an image of a deformed crystal lattice, with an extra half-plane on the left and a distorted spiral on the right. This is the classic example of a mixed-type dislocation, which simultaneously combines edge and screw components along the dislocation line.

Conclusions
To understand what a crystal lattice is, we can start with the definition of crystal. We can therefore say that a crystal is a solid in which atoms, ions, or molecules are arranged in a regular and repetitive manner in space, following a pattern defined by a crystal lattice.
The crystal lattice tells us how atoms, ions, or molecules are arranged in space in a periodic manner, and from this the fundamental properties of materials derive.
NOTE: With too many free dislocations, materials would become too soft.

Question
Did you know that it was the French mineralogist, crystallographer, and cleric René Just Haüy (1743-1822) who realized that crystals are made up of elementary units that repeat regularly in space? Did you know that in addition to intuiting ordered repetition, he also described it mathematically? Did you know that Haüy transformed the study of crystals from pure geometric observation to structural science? He ushered in the era of modern crystallography.

ITALIAN

03-10-2025-Tecnologie dei materiali - Reticolo cristallino [EN]-[IT]
Con questo post vorrei dare una breve istruzione a riguardo dell’argomento citato in oggetto
(codice lezione/articolo: EX_LZ_08)

immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è Microsoft Copilot

Introduzione
Un reticolo cristallino è costituito è un modello geometrico che rappresenta, in modo periodico e regolare, la disposizione degli atomi, ioni o molecole di un cristallo.
Cosa è un cristallo?
Un cristallo è un solido nel quale gli atomi, gli ioni o le molecole sono disposti in modo regolare e ripetitivo nello spazio.

Qui di seguito un esempio

immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è ChatGPT

I concetti chiave
I concetti chiave del reticolo cristallino sono:
-Cella unitaria (o cella elementare)
-Parametri reticolari
-Simmetria e sistemi cristallini
-Numero di coordinazione
-Reticolo reciproco

Importanza del reticolo cristallino
Il reticolo cristallino è molto importante nelle tecnologie dei materiali perché le proprietà meccaniche, elettriche e termiche di un materiale dipendono molto da come sono disposti gli atomi. La rappresentazione di questo meccanismo è la freccia che indica la rotazione

Dislocazione a vite

Nell'immagine qui sopra vediamo un reticolo cristallino con un piano che slitta o scivola a forma elicoidale attorno a una linea. Questo evidenzia un tipico difetto dei materiali.
Questo particolare difetto del materiale, appunto evidenziato dal reticolo cristallino, si chiama dislocazione a vite. IN questo caso gli atomi si spostano lungo una spirale attorno alla linea di dislocazione.
Questo tipo di difetto strutturale ha effetti importanti sul comportamento del materiale come:
-Riduzione della resistenza meccanica
-Deformazione permanente
-Aumento della duttilità
-Sensibilità al trattamento termico
Quindi dal reticolo cristallino si possono comprendere tutte queste cose.

Dislocazione a spigolo

Nell'immagine sopra vediamo sempre un reticolo cristallino. Questo reticolo cristallino ha un semipiano extra di atomi che si inserisce nella struttura.
Questa è la rappresentazione tipica della dislocazione a spigolo.
Questo è sostanzialmente un difetto lineare del reticolo cristallino.
Significa che il materiale ha:
-Uno scorrimento plastico facilitato:
-Una riduzione del carico di snervamento teorico
-Influenza su resistenza e duttilità
Possiamo dire che le dislocazioni a spigolo sono una delle ragioni per cui i metalli reali sono deformabili e lavorabili, senza queste dislocazioni sarebbero fragilissimi.

Dislocazione di tipo misto

Qui sopra l'immagine di reticolo cristallino deformato dove a sinistra c'è un semipiano extra e a destra il reticolo è distorto a spirale. Questo è l’esempio classico di una dislocazione di tipo misto, che combina contemporaneamente componenti a spigolo e a vite lungo la linea di dislocazione.

Conclusioni
Per comprendere cosa è un reticolo cristallino possiamo partire dalla definizione di cristallo. Possiamo quindi dire che un cristallo è un solido nel quale gli atomi, gli ioni o le molecole sono disposti in modo regolare e ripetitivo nello spazio, seguendo uno schema definito da un reticolo cristallino.
Il reticolo cristallino ci dice come gli atomi, ioni o molecole sono disposti nello spazio in modo periodico e da esso derivano le proprietà fondamentali dei materiali.
NOTA: Con troppe dislocazioni libere i materiali diventerebbero troppo molli.

Domanda
Sapevate che fu il mineralogista, cristallografo e religioso francese, René Just Haüy (1743-1822) ad intuire che i cristalli sono costituiti da unità elementari che si ripetono regolarmente nello spazio? Sapevate che oltre ad intuire la ripetizione ordinata, la descrisse anche matematicamente? Sapevate che Haüy trasformò lo studio dei cristalli da pura osservazione geometrica a scienza strutturale? Da di lui è nata l'era della cristallografia moderna.

THE END