Spezifische Mängel

Was sind bestimmte Mängel?

Pünktliche Defekte sind Unvollkommenheiten oder Unregelmäßigkeiten, die im kristallinen Retikulum eines Feststoffs dargestellt werden und die kristalline Struktur seines perfekten Status abweichen. Es wird gesagt, dass sie keine Dimension haben (0), weil sie nur Punkte des kristallinen Retikulums sind; Dieser Punkt kann ein Atom, Ion, Molekül, Cluster usw. sein.

Festkörper bei einer Temperatur von 0 K (absolut Null) weisen perfekte Strukturen auf, da seine Komponenten theoretisch immobilisiert sind, gefroren. Die Atome werden jedoch kaum hochgeladen, um zu sagen, dass sie sich früher oder später außerhalb ihrer entsprechenden Orte bewegen.

Darstellung verschiedener Arten spezifischer Defekte in kristallinen Festkörpern gefunden. Quelle: Daniferi, CC BY-SA 3.0, über Wikimedia Commons

Lassen Sie uns das obere Bild als Beispiel sehen. In einer ordentlichen und perfekten kristallinen Struktur sollten alle bläulichen Punkte ausgerichtet sein. Einige der bläulichen Punkte können jedoch nicht vorhanden sein, was durch das Vorhandensein eines leeren Raums oder einer freien Stelle beobachtet wird.

Wenn die Bildung dieser freien Stelle auf die Vertreibung eines bläulichen Punktes seiner ursprünglichen Stelle zurückzuführen ist, werden wir ein paar Frenkel haben, eine der Haupttypen spezifischer Defekte, die existieren. Der mobilisierte bläuliche Punkt befindet sich jetzt in einer interstitiellen (grünen) Position.

Andererseits können bestimmte Defekte auch auf Substitutionen zurückzuführen sein, entweder durch größere (lila) Atome oder kleinere (braune) Atome (braun). Wir sprechen über substitutionelle spezifische Defekte, die viele Male stattfinden, wenn Verunreinigungen absichtlich (ducken) in Metall- und Keramikmaterialien eingeführt werden.

Pünktliche Defekte sind wichtig, um andere Defekte zu verstehen, die in anderen Glasdimensionen projiziert werden.

Intrinsische spezifische Defekte

Wenn eine kristalline Struktur immer definiert ist, erfolgt sie immer aus der Idealität. Aber in der Natur sind die Mängel unvermeidlich, so klein sie auch sind. Daher haben Feststoffe eine natürliche Veranlagung, spezifische Defekte in ihren Strukturen zu präsentieren, deren Wechselwirkung und Summierung ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften beeinflussen oder modifizieren. Die sogenannten intrinsischen spezifischen Defekte finden in "reinen" Materialien statt.

Diese natürliche Veranlagung ist auf thermodynamische und kinetische Faktoren zurückzuführen. Die Einführung von Defekten erhöht die Entropie des Feststoffs, was wiederum mit der Temperatur zunimmt. Bei einer bestimmten Temperatur hat jeder Feststoff einen Zustand mit einer minimalen Konfiguration bestimmter Defekte.

Wenn die Temperatur zunimmt. All dies ist sinnvoll, wenn man angenommen wird, dass zu höheren thermischen Schwingungen die Chancen sein werden, dass Atome ihre jeweiligen retikulären Positionen aufgeben.

Extrinsische Punktdefekte

Im Gegensatz zu intrinsischen spezifischen Defekten treten extrinsische aufgrund der Einbeziehung von Verunreinigungen auf. Kein solider Natur ist 100% rein, daher manifestieren sich diese Arten von Defekten immer zusätzlich zu intrinsisch.

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Sie berechnen jedoch eine einzigartige Bedeutung und ein einzigartiges Interesse, wenn Verunreinigungen in Standardmengen absichtlich hinzugefügt werden. Wir sprechen über das Material Dumb.

Abhängig von den Eigenschaften des Doponte und des ausgewählten Materials werden Defekte in vorsätzlicher Weise in den Feststoff eingebaut, was Auswirkungen auf seine chemischen und physikalischen Eigenschaften hat. Dies ist der Fall bei der Halbleiterformulierung, zum Beispiel die GaAs.

Andererseits zeigen extrinsische spezifische Defekte auch auf diejenigen an, die die Zusammensetzung von Materialien oder Feststoffen ändern. Das heißt, sie verlieren ihre Stöchiometrie, um nicht -motiametrische Feststoffe zu werden.

Pünktliche Metalldefekte

In Metallen haben wir Kristalle, die im Prinzip keine elektrischen Gebühren haben; Das heißt, es sind keine Kationen oder Anionen vorhanden, sondern nur metallneutrale Atome. Die Defekte, die sich in Metallen befinden könnten, würden sich also nicht auf ihre Neutralität auswirken, so.

Intrinsische spezifische Defekte in Kristallen eines hypothetischen Metalls. Quelle: Gabriel Bolívar.

Im Bild oben haben wir einen perfekten Kristall und zwei andere mit Mängel. Atome können sich in interstitiellen Positionen befinden, die die Positionen benachbarter Atome stören und als selbstinterstitialer Defekt bezeichnet werden (unten in der Mitte). In der Zwischenzeit können einige Atome ihre jeweiligen Stellen der kristallinen Anordnung aufgeben, um freie Stellen (rechts) zu erzeugen (rechts).

Daher ist in reinen Metallen die Existenz von intrinsischen Defekten von Leerstellen und Eigeninterstitials möglich. Je mehr Leerstand dort ist, desto der Substanz nimmt ab; Tatsache, die mit der Zunahme der Anzahl der Defekte mit der Temperatur entspricht.

Wenn andererseits das Metall mit Atomen eines anderen Elements angegeben ist, verursachen sie Substitutionen oder versuchen, sich in die Zwischenräume zu stellen. In solchen Fällen steigt die Metalldichte auf einen Höchstwert, aus dem sie drastisch sinkt.

Spezifische Mängel in kristallinen Strukturen

In kristallinen Strukturen, die neben den oben genannten Metallen auch andere Feststoffe bedecken, haben wir zwei Haupttypen spezifischer Defekte: die von Frenkel und die von Schottky. Beide können in denselben Regionen eines Kristalls auftreten, und es ist auch durchaus möglich, dass sie zusammen mit freien Stellenhäusern oder interstitiellen Berufen vorhanden sind.

Wenn wir über Salze, Oxide, Sulfate usw. sprechen, usw., Es wird Kationen und Anionen geben, die einen Kristall für seine elektrostatischen Wechselwirkungen definieren. Wenn wir ein Kation eliminieren, vorherrschen die negativen Lasten der Anionen und das Glas wird negativ aufgeladen. Dies ist unmöglich aufzutreten.

Somit erzeugen die Defekte in dieser Art von Kristallen elektrische Ladungen, die durch einen Mechanismus erneut angepasst werden müssen. Die Mängel von Frenkel und Schottky erzeugen jedoch nicht dieses Unwechsel der elektrischen Gebühren.

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Frenkel

Frenkels pünktliche Defektdarstellung. Quelle: Gabriel Bolívar.

Farm -Ran -Time -Frenkel zu Ehren von Yakov Frenkel, ein retikulärer Punkt lässt seine ursprüngliche Position in einem Interstitium enden. Das heißt.

Siehe das Beispiel des Bildes oben. Auf der linken Seite haben wir den perfekten Kristall, der aus zwei Ionen besteht: ein Grün, das zum Anion (sperriger) und ein lila eine, das zum Kation wird (kleiner), und ein lila.

Wenn eines der lila Kationen ihre Position der kristallinen Anordnung verlässt, hinterlässt eine Stelle eine Stelle dahinter. Hinweis links die Richtung, in die der schwarze Pfeil zeigt, und wies darauf hin, dass sich das Kation jetzt in einem Interstitium befindet.

Da der Defekt von Frenkel aus Kationenverschiebungen (oder Anionen) besteht, bleibt das Glas neutral. Auch die Zusammensetzung des Glass bleibt konstant, da im Retikulum die Ionen die Positionen ändern.

Schottky

Darstellung des Schottky -Defekts. Quelle: Gabriel Bolívar.

In dem spezifischen Schottky -Typ haben wir zwei gleichzeitige offen. Zum Beispiel geht es nicht um ein Kation, um eine interstitielle Position zu brinque, sondern dass es von einem Anion begleitet wird (rechts vom oberen Bild).

Wenn gleichzeitig zwei freie Stellen erzeugt werden, ist die Zusammensetzung des Kristall. Dies ist so lange, wie diese Art von Defekt darüber gesprochen wird, und keine willkürlichen freien Stellen, die durch externe oder interne Wirkstoffe verursacht werden.

Von all dem oben genannten wird der Schluss gezogen, dass die Defekte von Frenkel und Shottky intrinsische Punkte -Tense -stöchiometrische Defekte sind, da sie die Zusammensetzung oder Stöchiometrie von Festkörpern nicht verändern.

Pünktliche Defekte in Keramikmaterialien

Die Keramik sind Materialien, deren ionischer Charakter sehr schwingend ist. Einige präsentieren einen ausgeprägten kovalenten Charakter, wie bei der Kieselsäure, Siio₂, oder mit Aluminium nituro, aln.

Daher müssen wir zwei weitere Arten spezifischer Defekte berücksichtigen, die als Produkt der kovalenten Natur der Keramik auftreten können: das Antisitium und das nicht gesättigte Glied.

Antisitium

Wie der Name schon sagt, ist es der Defekt, der auftritt, wenn zwei Atome ihre Stelle wechseln und in Positionen im Widerspruch zu dem des ursprünglichen kristallinen Retikulums stehen. Zum Beispiel kann es im SIC passieren, dass es C-C oder sii-wenn gibt, wo es nicht sollte. Diese Art von pünktlicher Defekt ist auch in Legierungen sehr häufig:

Kann Ihnen dienen: Aluminiumphosphuro (AIP): Struktur, Eigenschaften, Verwendungen, Risiken Pünktlicher Antisitiumdefekt in einer Au-Cu-Legierung. Quelle: Gabriel Bolívar.

Beachten Sie, dass Kupfer- und Goldatome in der Au-How-Legierung neutral sind. Egal wie sie sich bewegen, die Neutralität des Glass ist nicht gestört. Daher verändern die beiden Atome die Stelle im Glas, wie im obigen Bild oben, die Neutralität der Legierung nicht beeinflusst.

In Keramik mit mehr als einem Kation wie Spiners können zwei Kationen mit gleichen Valences die Stelle austauschen (zum Beispiel zu³⁺ und Cr³⁺) ohne das Ungleichgewicht der elektrischen Gebühren.

Nicht gesättigter Link

Die nicht gesättigte Verbindung (baumelnde Bindung in Englisch) unterbricht die Reihenfolge in den Kristallen der kovalenten Keramik, da das Atom, das die Verbindung bildet, fehlt und ein paar freie Elektronen hinterlassen.

In der Keramik werden nicht nur die Defekte von Anti -Iitium- und nicht gesättigter Verbindung angegeben, sondern auch alle intrinsischen und extrinsischen Defekte. Daher ist es komplex, ihre realen, nicht perfekten Strukturen zu analysieren.

Beispiele für bestimmte Mängel

Während des gesamten Artikels wurden einige Beispiele für Materialien und ihre spezifischen Mängel erwähnt. Als nächstes und schließlich werden andere Materialien aufgeführt, begleitet von der Art des Defekts, den sie normalerweise vorstellen.

Silberhaliden

Silberhalogenide wie AGCL oder AGBR präsentieren Frenkel -Defekte, wo die Ag -Kation⁺ Es bewegt sich in interstitielle Positionen.

Alkalische Haluros

Die alkalischen Halogenide wie NaCl, manifestiert Schottky -Defekte, deren anionische freie Stellen mit Elektronen gefüllt sind, wenn ihre Kristalle in Gegenwart von Natrium- oder Metallkaliumdämpfern erhitzt werden.

Torio Dioxid

Im tho₂ Die Kation th⁴⁺ ist sperriger als Anion oder^2-. Daher hat dieses Oxid einen Frenkelfehler, in dem es o ist^2- wer bewegt sich in interstitielle Positionen.

Paladio Schwamm

Das Paladium kann Wasserstoff aufnehmen und sich wie ein Schwamm verhalten, der sie in den interstitiellen Positionen ihrer Kristalle behält.

Stähle

Ähnlich wie zwischen Paladium und Wasserstoff kann Eisen Kohlenstoffatome in seine Zwischenräume einbeziehen, was zur Bildung von Stählen führt.

Titanlegierungen

Der unterbrochene Substitutionspersonalfehler ist zwar nicht als die anderen Defekte erklärt, ist jedoch nichts weiter als der Ersatz eines Atoms für ein anderes, das mit der durch den Kristall festgelegten Reihenfolge bricht.

So können beispielsweise Atome eines Titankristalls durch andere Atome (metallisch) ersetzt werden, um eine Familie von Titanlegierungen zu verursachen.

Verweise

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