Krzemto kryształ atomowy, którego atomy są połączone ze sobą wiązaniami kowalencyjnymi, tworząc przestrzenną strukturę sieciową. W tej strukturze wiązania kowalencyjne między atomami są bardzo kierunkowe i charakteryzują się wysoką energią wiązania, co sprawia, że krzem wykazuje wysoką twardość, gdy opiera się siłom zewnętrznym zmieniającym jego kształt. Na przykład, aby zniszczyć silne wiązania kowalencyjne między atomami, potrzebna jest duża siła zewnętrzna.
Jednakże właśnie regularne i stosunkowo sztywne właściwości strukturalne kryształu atomowego powodują, że gdy jest on poddawany działaniu dużej siły uderzenia lub nierównomiernej siły zewnętrznej, sieć wewnątrz niego ulega rozbiciu.krzemTrudno jest buforować i rozpraszać siły zewnętrzne poprzez lokalne odkształcenie, ale powoduje to zerwanie wiązań kowalencyjnych wzdłuż niektórych słabych płaszczyzn krystalicznych lub kierunków krystalicznych, co prowadzi do pęknięcia całej struktury krystalicznej i jej kruchości. W przeciwieństwie do struktur takich jak kryształy metali, między atomami metalu występują wiązania jonowe, które mogą się ślizgać, a ślizganie się między warstwami atomów może im pomóc w adaptacji do sił zewnętrznych, wykazując dobrą ciągliwość i kruchość trudną do złamania.
KrzemAtomy są połączone wiązaniami kowalencyjnymi. Istotą wiązań kowalencyjnych jest silne oddziaływanie utworzone przez wspólne pary elektronowe między atomami. Chociaż wiązanie to może zapewnić stabilność i twardośćkryształ krzemuZe względu na swoją strukturę, wiązanie kowalencyjne ma trudności z regeneracją po zerwaniu. Gdy siła przyłożona przez środowisko zewnętrzne przekroczy granicę wytrzymałości wiązania kowalencyjnego, wiązanie pęknie. Ponieważ nie ma czynników, takich jak swobodnie poruszające się elektrony, jak w metalach, które pomogłyby naprawić pęknięcie, przywrócić połączenie, ani nie polegają na delokalizacji elektronów w celu rozproszenia naprężeń, łatwo pęka i nie może utrzymać ogólnej integralności poprzez własne wewnętrzne zmiany, co powoduje, że krzem jest bardzo kruchy.
W zastosowaniach praktycznych materiały krzemowe często trudno jest uzyskać absolutną czystość i zawierają pewne zanieczyszczenia oraz defekty sieci krystalicznej. Wprowadzenie atomów zanieczyszczeń może zaburzyć pierwotnie regularną strukturę sieci krystalicznej krzemu, powodując zmiany w lokalnej wytrzymałości wiązań chemicznych i sposobie wiązania między atomami, co skutkuje powstawaniem obszarów osłabienia w strukturze. Defekty sieci krystalicznej (takie jak wakaty i dyslokacje) również staną się miejscami koncentracji naprężeń.
Pod wpływem sił zewnętrznych te słabe punkty i punkty koncentracji naprężeń z większym prawdopodobieństwem spowodują zerwanie wiązań kowalencyjnych, co doprowadzi do pękania krzemu w tych miejscach, zwiększając jego kruchość. Nawet jeśli pierwotnie opierał się on na wiązaniach kowalencyjnych między atomami, aby zbudować strukturę o wyższej twardości, trudno jest uniknąć kruchego pęknięcia pod wpływem sił zewnętrznych.
Czas publikacji: 10-12-2024