Кремній— це атомний кристал, атоми якого з'єднані один з одним ковалентними зв'язками, утворюючи просторову сітчасту структуру. У цій структурі ковалентні зв'язки між атомами дуже спрямовані та мають високу енергію зв'язку, що робить кремній високою твердістю, коли він протистоїть зовнішнім силам, що змінюють його форму. Наприклад, потрібна велика зовнішня сила, щоб зруйнувати міцний ковалентний зв'язок між атомами.
Однак, саме через регулярні та відносно жорсткі структурні характеристики його атомного кристала, коли він піддається дії великої ударної сили або нерівномірної зовнішньої сили, решітка всерединікремнійважко буферизувати та розсіювати зовнішню силу через локальну деформацію, але це призведе до розриву ковалентних зв'язків вздовж деяких слабких кристалічних площин або кристалічних напрямків, що призведе до руйнування всієї кристалічної структури та прояву крихких характеристик. На відміну від таких структур, як металеві кристали, між атомами металу існують іонні зв'язки, які можуть відносно ковзати, і вони можуть покладатися на ковзання між атомними шарами для адаптації до зовнішніх сил, демонструючи добру пластичність і нелегко ламаючись, вони крихкі.
Кремнійатоми з'єднані ковалентними зв'язками. Суть ковалентних зв'язків полягає в сильній взаємодії, що утворюється спільними електронними парами між атомами. Хоча цей зв'язок може забезпечити стабільність і твердістькристал кремніюУ структурі ковалентному зв'язку важко відновитися після його розриву. Коли сила, що прикладається зовнішнім світом, перевищує межу, яку може витримати ковалентний зв'язок, зв'язок розривається, і оскільки немає таких факторів, як вільно рухаються електрони, як у металах, які б допомогли відновити розрив, відновити з'єднання або покладатися на делокалізацію електронів для розсіювання напруги, він легко тріснути і не може підтримувати загальну цілісність завдяки власним внутрішнім змінам, що робить кремній дуже крихким.
У практичному застосуванні кремнієві матеріали часто важко досягти абсолютної чистоти, і вони містять певні домішки та дефекти кристалічної решітки. Включення домішкових атомів може порушити початкову регулярну структуру кристалічної решітки кремнію, спричиняючи зміни в локальній міцності хімічних зв'язків та способі зв'язку між атомами, що призводить до появи слабких ділянок у структурі. Дефекти кристалічної решітки (такі як вакансії та дислокації) також стають місцями концентрації напружень.
Коли діють зовнішні сили, ці слабкі місця та точки концентрації напружень з більшою ймовірністю спричиняють розрив ковалентних зв'язків, що призводить до початку руйнування кремнієвого матеріалу в цих місцях, посилюючи його крихкість. Навіть якщо спочатку для створення структури з вищою твердістю використовувалися ковалентні зв'язки між атомами, важко уникнути крихкого руйнування під впливом зовнішніх сил.
Час публікації: 10 грудня 2024 р.