السيليكونالسيليكون هو بلورة ذرية، ترتبط ذراتها بروابط تساهمية، مُشكلةً بذلك بنية شبكية مكانية. في هذه البنية، تكون الروابط التساهمية بين الذرات ذات اتجاهية عالية، مما يجعل السيليكون يتمتع بصلابة عالية عند مقاومة القوى الخارجية لتغيير شكله. على سبيل المثال، يتطلب الأمر قوة خارجية كبيرة لتدمير الرابطة التساهمية القوية بين الذرات.
ومع ذلك، فإن السبب في ذلك هو على وجه التحديد هو الخصائص البنيوية المنتظمة والصلبة نسبيًا لبلوراتها الذرية، فعندما تتعرض لقوة تأثير كبيرة أو قوة خارجية غير متساوية، فإن الشبكة الموجودة بداخلهاالسيليكونيصعب تخفيف القوة الخارجية وتشتيتها من خلال التشوه الموضعي، ولكنه سيؤدي إلى كسر الروابط التساهمية على طول بعض مستويات البلورات الضعيفة أو اتجاهاتها، مما يؤدي إلى كسر البنية البلورية بأكملها وظهور خصائص هشة. على عكس الهياكل مثل بلورات المعادن، توجد روابط أيونية بين ذرات المعادن قابلة للانزلاق نسبيًا، ويمكنها الاعتماد على الانزلاق بين طبقات الذرات للتكيف مع القوى الخارجية، مما يُظهر ليونة جيدة ويصعب كسرها.
السيليكونترتبط الذرات بروابط تساهمية. جوهر الروابط التساهمية هو التفاعل القوي الناتج عن أزواج الإلكترونات المشتركة بين الذرات. على الرغم من أن هذه الرابطة تضمن استقرار وصلابة المادة،بلورة السيليكونبسبب بنية الرابطة التساهمية، يصعب تعافيها بعد كسرها. عندما تتجاوز القوة المؤثرة من الخارج الحد الذي تتحمله الرابطة التساهمية، تنكسر الرابطة. ولأنها لا تمتلك عوامل مثل الإلكترونات الحرة كما في المعادن، والتي تساعد على إصلاح الكسر أو إعادة الاتصال، أو الاعتماد على عدم تمركز الإلكترونات لتبديد الضغط، فإنها تتشقق بسهولة ولا تحافظ على سلامتها الكلية من خلال تعديلاتها الداخلية، مما يجعل السيليكون هشًا للغاية.
في التطبيقات العملية، غالبًا ما يصعب الحصول على مواد سيليكون نقية تمامًا، إذ تحتوي على شوائب وعيوب شبكية معينة. قد يُؤدي دمج ذرات الشوائب إلى خلل في بنية شبكة السيليكون المنتظمة أصلًا، مما يُسبب تغيرات في قوة الرابطة الكيميائية المحلية ونمط الترابط بين الذرات، مما يُؤدي إلى ظهور مناطق ضعيفة في البنية. كما تُصبح عيوب الشبكة (مثل الفراغات والانخلاعات) أماكن يتركز فيها الإجهاد.
عند تأثير القوى الخارجية، من المرجح أن تُسبب هذه النقاط الضعيفة ونقاط تركيز الإجهاد كسر الروابط التساهمية، مما يُؤدي إلى انكسار مادة السيليكون من هذه النقاط، مما يُفاقم هشاشتها. حتى لو اعتمد السيليكون في البداية على الروابط التساهمية بين الذرات لبناء هيكل ذي صلابة أعلى، فمن الصعب تجنب الكسر الهش تحت تأثير القوى الخارجية.
وقت النشر: ١٠ ديسمبر ٢٠٢٤