КремнийКремний — это атомный кристалл, атомы которого соединены друг с другом ковалентными связями, образуя пространственную сетевую структуру. В этой структуре ковалентные связи между атомами обладают высокой направленностью и высокой энергией связи, что обуславливает высокую твердость кремния при воздействии внешних сил, изменяющих его форму. Например, для разрушения прочной ковалентной связи между атомами требуется большая внешняя сила.
Однако именно из-за регулярных и относительно жестких структурных характеристик его атомного кристалла, при воздействии на него большой ударной силы или неравномерной внешней силы, внутренняя кристаллическая решетка разрушается.кремнийТрудно смягчить и рассеять внешнюю силу за счет локальной деформации, но это приводит к разрыву ковалентных связей вдоль некоторых слабых кристаллических плоскостей или направлений, что вызывает разрушение всей кристаллической структуры и проявление хрупкости. В отличие от таких структур, как металлические кристаллы, между атомами металла существуют ионные связи, которые могут относительно скользить, и они могут полагаться на скольжение между атомными слоями для адаптации к внешним силам, демонстрируя хорошую пластичность и не склонность к хрупкому разрушению.
КремнийАтомы соединены ковалентными связями. Суть ковалентных связей заключается в сильном взаимодействии, образующемся за счет общих электронных пар между атомами. Хотя эта связь может обеспечить стабильность и прочность,кремниевый кристаллВ структуре кремния ковалентная связь с трудом восстанавливается после разрыва. Когда сила, приложенная извне, превышает предел, который может выдержать ковалентная связь, она разрывается, и поскольку отсутствуют такие факторы, как свободно движущиеся электроны, как в металлах, которые могли бы помочь восстановить разрыв, восстановить связь или полагаться на делокализацию электронов для рассеивания напряжения, она легко трескается и не может поддерживать общую целостность за счет собственных внутренних перестроек, что делает кремний очень хрупким.
В практических приложениях кремниевые материалы часто трудно получить абсолютно чистыми, и они содержат определенные примеси и дефекты кристаллической решетки. Внедрение атомов примесей может нарушить изначально регулярную структуру кристаллической решетки кремния, вызывая изменения локальной прочности химических связей и способа связывания между атомами, что приводит к образованию слабых мест в структуре. Дефекты кристаллической решетки (такие как вакансии и дислокации) также становятся местами концентрации напряжений.
При воздействии внешних сил эти слабые места и точки концентрации напряжений с большей вероятностью приводят к разрыву ковалентных связей, в результате чего кремниевый материал начинает разрушаться в этих местах, что усугубляет его хрупкость. Даже если изначально структура с более высокой твердостью была построена на основе ковалентных связей между атомами, трудно избежать хрупкого разрушения под воздействием внешних сил.
Дата публикации: 10 декабря 2024 г.