SiliciumSilicium is een atoomkristal, waarvan de atomen met elkaar verbonden zijn door covalente bindingen, waardoor een ruimtelijke netwerkstructuur ontstaat. In deze structuur zijn de covalente bindingen tussen atomen zeer gericht en hebben ze een hoge bindingsenergie, waardoor silicium een hoge hardheid vertoont en bestand is tegen externe krachten die de vorm ervan zouden kunnen veranderen. Het vergt bijvoorbeeld een grote externe kracht om de sterke covalente bindingen tussen atomen te verbreken.
Het is echter juist vanwege de regelmatige en relatief stijve structuurkenmerken van het atoomkristal dat, wanneer het wordt blootgesteld aan een grote impactkracht of ongelijkmatige externe kracht, het rooster binneninsiliciumHet is moeilijk om de externe kracht te bufferen en te verspreiden door lokale vervorming, maar dit zal ertoe leiden dat de covalente bindingen langs bepaalde zwakke kristalvlakken of kristalrichtingen breken, waardoor de gehele kristalstructuur breekt en bros wordt. In tegenstelling tot structuren zoals metaalkristallen, zijn er ionische bindingen tussen metaalatomen die relatief kunnen verschuiven. Ze kunnen vertrouwen op het verschuiven tussen atoomlagen om zich aan te passen aan externe krachten, waardoor ze een goede ductiliteit vertonen en niet snel bros worden.
SiliciumAtomen zijn met elkaar verbonden door covalente bindingen. De essentie van covalente bindingen is de sterke interactie die ontstaat door de gedeelde elektronenparen tussen atomen. Hoewel deze binding de stabiliteit en hardheid van de verbinding kan garanderen.siliciumkristalDoor de structuur is het voor de covalente binding moeilijk om te herstellen als deze eenmaal verbroken is. Wanneer de kracht van buitenaf de grens overschrijdt die de covalente binding kan weerstaan, breekt de binding. Omdat er geen factoren zoals vrij bewegende elektronen, zoals in metalen, zijn die de breuk helpen herstellen, de verbinding opnieuw tot stand brengen of vertrouwen op de delokalisatie van elektronen om de spanning te verspreiden, is de binding gemakkelijk te breken en kan de algehele integriteit niet behouden door interne aanpassingen, waardoor silicium erg broos is.
In praktische toepassingen is het vaak moeilijk om siliciummaterialen absoluut zuiver te maken, en ze bevatten bepaalde onzuiverheden en roosterdefecten. De aanwezigheid van onzuiverheidsatomen kan de oorspronkelijk regelmatige siliciumroosterstructuur verstoren, waardoor de lokale chemische bindingssterkte en de bindingswijze tussen atomen veranderen, met als gevolg zwakke plekken in de structuur. Roosterdefecten (zoals vacatures en dislocaties) worden ook plaatsen waar spanning zich concentreert.
Wanneer externe krachten inwerken, is de kans groter dat deze zwakke plekken en spanningsconcentratiepunten leiden tot het breken van covalente bindingen, waardoor het siliciummateriaal op deze plaatsen begint te breken en de broosheid ervan toeneemt. Zelfs als het oorspronkelijk afhankelijk was van de covalente bindingen tussen atomen om een structuur met een hogere hardheid te vormen, is het moeilijk om brosbreuk te voorkomen onder invloed van externe krachten.
Geplaatst op: 10 december 2024