Szilíciumegy atomkristály, amelynek atomjai kovalens kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz, térbeli hálózati struktúrát alkotva. Ebben a struktúrában az atomok közötti kovalens kötések nagyon irányítottak és nagy kötési energiával rendelkeznek, ami miatt a szilícium nagy keménységet mutat, amikor ellenáll a külső erőknek, és megváltoztatja az alakját. Például nagy külső erő szükséges az atomok közötti erős kovalens kötés megszüntetéséhez.
Azonban éppen az atomkristály szabályos és viszonylag merev szerkezeti jellemzői miatt van az, hogy amikor nagy ütőerőnek vagy egyenetlen külső erőnek van kitéve, a benne lévő rácsszilíciumNehéz tompítani és eloszlatni a külső erőt lokális deformáció révén, de a kovalens kötések felszakadását okozhatja egyes gyenge kristálysíkok vagy kristályirányok mentén, ami a teljes kristályszerkezet felszakadásához és ridegségéhez vezet. A fémkristályokhoz hasonló szerkezetekkel ellentétben a fématomok között ionos kötések vannak, amelyek viszonylag elcsúszhatnak, és az atomrétegek közötti csúszásra támaszkodva alkalmazkodhatnak a külső erőkhöz, jó képlékenységet mutatnak, és nem könnyen törnek rideggé.
Szilíciumaz atomokat kovalens kötések kötik össze. A kovalens kötések lényege az atomok közötti közös elektronpárok által létrehozott erős kölcsönhatás. Bár ez a kötés biztosíthatja a stabilitást és a keménységetszilíciumkristályszerkezet miatt a kovalens kötés nehezen regenerálódik, ha megszakad. Amikor a külvilág által kifejtett erő meghaladja azt a határt, amelyet a kovalens kötés elbír, a kötés megszakad, és mivel nincsenek olyan tényezők, mint a fémekben lévő szabadon mozgó elektronok, amelyek segítenének a törés helyreállításában, a kapcsolat helyreállításában, vagy az elektronok delokalizációjára támaszkodnának a feszültség eloszlatásában, könnyen megrepedhet, és saját belső korrekciói révén nem tudja megőrizni teljes integritását, ami miatt a szilícium nagyon rideggé válik.
A gyakorlati alkalmazásokban a szilícium anyagokat gyakran nehéz teljesen tisztává tenni, és bizonyos szennyeződéseket és rácshibákat tartalmaznak. A szennyező atomok beépülése megzavarhatja az eredetileg szabályos szilíciumrács-szerkezetet, ami változásokat okozhat a lokális kémiai kötés erősségében és az atomok közötti kötés módjában, ami gyenge területeket eredményez a szerkezetben. A rácshibák (például üresedések és diszlokációk) a feszültség koncentrálódásának helyeivé is válnak.
Amikor külső erők hatnak, ezek a gyenge pontok és feszültségkoncentrációs pontok nagyobb valószínűséggel okozzák a kovalens kötések felszakadását, aminek következtében a szilícium anyag ezeken a helyeken elkezd törni, súlyosbítva a ridegségét. Még ha eredetileg az atomok közötti kovalens kötésekre támaszkodott is a nagyobb keménységű szerkezet felépítéséhez, nehéz elkerülni a rideg törést külső erők hatására.
Közzététel ideje: 2024. dec. 10.