Pse silici është kaq i fortë, por kaq i brishtë?

Silikonështë një kristal atomik, atomet e të cilit janë të lidhur me njëri-tjetrin me anë të lidhjeve kovalente, duke formuar një strukturë rrjeti hapësinor. Në këtë strukturë, lidhjet kovalente midis atomeve janë shumë të drejtuara dhe kanë energji të lartë të lidhjes, gjë që e bën silikonin të tregojë fortësi të lartë kur i reziston forcave të jashtme për të ndryshuar formën e tij. Për shembull, duhet një forcë e madhe e jashtme për të shkatërruar lidhjen e fortë kovalente midis atomeve.

Megjithatë, është pikërisht për shkak të karakteristikave strukturore të rregullta dhe relativisht të ngurta të kristalit të tij atomik që kur i nënshtrohet një force të madhe impakti ose një force të jashtme të pabarabartë, rrjeta brendasilikonËshtë e vështirë të zbutet dhe shpërndahet forca e jashtme përmes deformimit lokal, por do të shkaktojë që lidhjet kovalente të këputen përgjatë disa planeve të dobëta kristalore ose drejtimeve të kristalit, gjë që do të shkaktojë që e gjithë struktura kristalore të këputet dhe të tregojë karakteristika të brishta. Ndryshe nga strukturat si kristalet metalike, ekzistojnë lidhje jonike midis atomeve të metaleve që mund të rrëshqasin relativisht, dhe ato mund të mbështeten në rrëshqitjen midis shtresave atomike për t'u përshtatur me forcat e jashtme, duke treguar duktilitet të mirë dhe jo të lehtë për t'u thyer.

SilikonAtomet janë të lidhura me lidhje kovalente. Thelbi i lidhjeve kovalente është bashkëveprimi i fortë i formuar nga çiftet e përbashkëta të elektroneve midis atomeve. Edhe pse kjo lidhje mund të sigurojë stabilitetin dhe fortësinë ekristal silikoniStruktura e saj, është e vështirë që lidhja kovalente të rikuperohet pasi të jetë thyer. Kur forca e aplikuar nga bota e jashtme tejkalon limitin që lidhja kovalente mund të përballojë, lidhja do të prishet, dhe për shkak se nuk ka faktorë të tillë si elektronet që lëvizin lirshëm si në metale për të ndihmuar në riparimin e thyerjes, rivendosjen e lidhjes ose mbështetjen në delokalizimin e elektroneve për të shpërndarë stresin, është e lehtë të çahet dhe nuk mund ta ruajë integritetin e përgjithshëm përmes rregullimeve të veta të brendshme, duke bërë që silici të jetë shumë i brishtë.

Në zbatimet praktike, materialet e silikonit shpesh është e vështirë të jenë absolutisht të pastra dhe do të përmbajnë papastërti dhe defekte të caktuara të rrjetës. Përfshirja e atomeve të papastërtive mund të prishë strukturën fillimisht të rregullt të rrjetës së silikonit, duke shkaktuar ndryshime në forcën lokale të lidhjes kimike dhe mënyrën e lidhjes midis atomeve, duke rezultuar në zona të dobëta në strukturë. Defektet e rrjetës (siç janë boshllëqet dhe zhvendosjet) do të bëhen gjithashtu vende ku përqendrohet stresi.

Kur veprojnë forca të jashtme, këto pika të dobëta dhe pika përqendrimi të stresit kanë më shumë gjasa të shkaktojnë thyerjen e lidhjeve kovalente, duke bërë që materiali i silikonit të fillojë të thyhet nga këto vende, duke përkeqësuar brishtësinë e tij. Edhe nëse fillimisht mbështetej në lidhjet kovalente midis atomeve për të ndërtuar një strukturë me një fortësi më të lartë, është e vështirë të shmanget thyerja e brishtë nën ndikimin e forcave të jashtme.