Дефекты в кристаллах

Отличительная черта кристаллического состояния - строгая периодичность в расположении частиц, составляющих решетку кристалла. Любое нарушение такой периодичности - дефект.

Если это нарушение локализовано в пределах одного или единичных узлов решетки- это точечные дефекты, иногда они именуются нульмерными. Их наличие в кристаллах любых веществ при Т > 0⁰ К вытекает из 2 закона термодинамики. Точечные дефекты термодинамически обратимые, их концентрации в кристалле определяются термодинамическими параметрами. В реальном кристалле возникновение точечных дефектов является следствием неизбежного контакта кристалла с окружающей средой и обмена с ней энергией и/или веществом. В случае обмена теплотой, например, при нагревании кристалла в нем появляются так называемые тепловые дефекты. В случае обмена веществом - дефекты нестехиометрии или дефекты, обусловленные посторонними примесями.

Если нарушение охватывает более обширную область кристалла- плоскость или несколько плоскостей или блоков, оказавшихся сдвинутыми...- это протяженные дефекты - линейные, поверхностные или объемные, обычно их называют дислокациями. О реальности существования дислокаций свидетельствуют наблюдения в электронном микроскопе... Дислокации всегда термодинамически неравновесны, их состояние в кристалле возможно понять только с кристаллохимических, а не с термодинамических позиций.

Все типы дефектов так или иначе влияют на свойства кристаллов.

Дефектообразование в кристалле - процесс, развивающийся в пространстве и во времени, он неизбежно связан с перемещением частиц в кристалле. Процесс дефектообразования не может быть понят без знания законов такого перемещения, т.е. законов диффузии в твердых телах. В свою очередь, перенос вещества в кристаллических телах всегда так или иначе связан с их дефектностью. Это обстоятельство имеет исключительное значение для протекания большинства твердофазных процессов - необходимо доставить реагирующие вещества в зону реакции, а идеальный кристалл не способен к какому-либо транспорту вещества. Реакционная способность кристаллических тел в сущности определяется их дефектностью.

Тепловой беспорядок в кристалле. Тепловые дефекты. Тепловое воздействие на кристалл может привести к тому, что вместо идеального упорядочения, при котором все узлы решетки заняты, а междоузлия пусты, часть узлов кристалла окажется пустой, а часть междоузлий занятой. Впервые гипотезу о возникновении такого рода нерегулярностей выдвинул наш известный физик Яков Ильич Френкель в 1926 г. Дефект по Френкелю в сущности состоит из двух дефектов - вакансии в узле решетки и частицы в междоузлии. При тепловом разупорядочении бинарного кристалла два вида таких дефектов: 1) в междоузлии смещен катион (дефект - френкель); 2) в междоузлие смещен анион (дефект - антифренкель). Другая модель теплового разупорядочения по Шоттки, когда элементарная частица покидает узел, оставляя вакансию и уходит на поверхность кристалла, где достраивает решетку (дефект - шоттки); менее вероятен обратный процесс - частица с поверхности внедряется в одно из междоузлий (дефект - антишоттки). При этом происходит увеличение размеров э.я. (параметров решетки) (Ковтуненко - рис.1.2, стр. 20). Третий тип тепловых дефектов: частицы занимают не "свои" узлы в решетке. В частности такой беспорядок наблюдается в бинарных интерметаллических соединениях. Этот вид дефектов именуется антиструктурным. В трехкомпонентных соединениях антиструктурные дефекты возникают при обмене местами двух катионов, принадлежащих к различным подрешеткам кристалла.

Концентрация тепловых дефектов является экспоненциальной функцией температуры. Резко возрастает концентрация дефектов вблизи Т плавления. Концентрация шоттковских тепловых дефектов в кубических кристаллах равна утроенной разности между относительным увеличением длины кристалла и относительным изменением параметра э.я. Обе эти величины доступны для измерений с такой точностью, которая позволяет проводить определения тепловых дефектов, когда их мольная доля достигает 0,00001.

Дата добавления: 2015-08-18