Siliclà tinh thể nguyên tử, các nguyên tử của nó được liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị, tạo thành cấu trúc mạng không gian. Trong cấu trúc này, liên kết cộng hóa trị giữa các nguyên tử có tính định hướng rất cao và có năng lượng liên kết cao, khiến silic có độ cứng cao khi chống lại các lực bên ngoài để thay đổi hình dạng. Ví dụ, cần một lực bên ngoài lớn để phá hủy liên kết liên kết cộng hóa trị mạnh mẽ giữa các nguyên tử.
Tuy nhiên, chính vì đặc điểm cấu trúc đều đặn và tương đối cứng của tinh thể nguyên tử nên khi chịu tác động của lực tác động lớn hoặc lực bên ngoài không đều, mạng tinh thể bên trongsilickhó có thể đệm và phân tán lực bên ngoài thông qua biến dạng cục bộ, nhưng sẽ khiến các liên kết cộng hóa trị bị phá vỡ dọc theo một số mặt phẳng tinh thể yếu hoặc các hướng tinh thể, điều này sẽ khiến toàn bộ cấu trúc tinh thể bị phá vỡ và biểu hiện các đặc tính giòn. Không giống như các cấu trúc như tinh thể kim loại, có các liên kết ion giữa các nguyên tử kim loại có thể trượt tương đối và chúng có thể dựa vào sự trượt giữa các lớp nguyên tử để thích ứng với các lực bên ngoài, thể hiện độ dẻo tốt và không dễ bị phá vỡ giòn.
Silicnguyên tử được kết nối bằng liên kết cộng hóa trị. Bản chất của liên kết cộng hóa trị là tương tác mạnh được hình thành bởi các cặp electron chung giữa các nguyên tử. Mặc dù liên kết này có thể đảm bảo tính ổn định và độ cứng củatinh thể siliccấu trúc, liên kết cộng hóa trị khó phục hồi sau khi bị đứt. Khi lực tác dụng từ thế giới bên ngoài vượt quá giới hạn mà liên kết cộng hóa trị có thể chịu được, liên kết sẽ bị đứt, và vì không có các yếu tố như electron tự do di chuyển như trong kim loại giúp sửa chữa vết đứt, thiết lập lại kết nối hoặc dựa vào sự phi cục bộ của electron để phân tán ứng suất, nên dễ bị nứt và không thể duy trì tính toàn vẹn tổng thể thông qua các điều chỉnh bên trong của chính nó, khiến silicon rất giòn.
Trong các ứng dụng thực tế, vật liệu silicon thường khó có thể tinh khiết hoàn toàn và sẽ chứa một số tạp chất và khuyết tật mạng. Việc kết hợp các nguyên tử tạp chất có thể phá vỡ cấu trúc mạng silicon thông thường ban đầu, gây ra những thay đổi về cường độ liên kết hóa học cục bộ và chế độ liên kết giữa các nguyên tử, dẫn đến các vùng yếu trong cấu trúc. Các khuyết tật mạng (như chỗ trống và chỗ lệch) cũng sẽ trở thành nơi tập trung ứng suất.
Khi các lực bên ngoài tác động, những điểm yếu và điểm tập trung ứng suất này có nhiều khả năng gây ra sự phá vỡ các liên kết cộng hóa trị, khiến vật liệu silicon bắt đầu bị phá vỡ từ những nơi này, làm trầm trọng thêm tính giòn của nó. Ngay cả khi ban đầu nó dựa vào các liên kết cộng hóa trị giữa các nguyên tử để xây dựng một cấu trúc có độ cứng cao hơn, thì cũng khó tránh khỏi sự gãy giòn dưới tác động của các lực bên ngoài.
Thời gian đăng: 10-12-2024