Кристалдық тор ақаулары. Қатты денелердегі диффузия
жүктеу/скачать 141.36 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Қатты денедегі нүктелік ақауларды
|
Кристалдық тор ақаулары. Қатты денелердегі диффузия Нақты кристалдар жетілмеген болып келеді. Көптеген кристалдар бір бірінен кристаллиттер аралық шекаралардан тұратын кездейсоқ бағытталған кристаллиттер жиынтығынан құралған. Осы шекараларда әртүрлі көптеген микроскопиялық ақаулар жиналады. Одан басқа, әр кристаллит нүктелік ақаулардың шектелген концентрациясына ие, ал кейбірде сызықтық ақаулардың немесе дислокациялардың шектелген тығыздығына ие. Қатты денедегі нүктелік ақауларды (атомдық деңгейдегі жетілмегендіктерден тұратын) негізгі үш санаттан тұрады: қоспалар (бөгде атомдар), жеке нүктелік ақаулар (вакансиялар және түймеаралық атомдар) және олардың кешендері. Сызықтық немесе екіөлшемді ақаулар бір немесе бірнеше бағытта атомаралықтан артатын қашықтықтарға созылуы мүмкін (оларға жататын дислокациялар, дисклинациялар). Қоспа атомдардың болуы қатты денелердің электр, оптикалық, магнит, жылулық және механикалық қасиеттеріне әсер етеді. Жеке ақаудың қарапайым жағдайы болатын – ол вакансия, кристалдық тор түймесіндегі атомның жоқтығы және кристал бетінде қосымша атомның болуы, мұнда кристалдағы жалпы атом саны өзгермейді. Иондық қосылыстағы вакантты түймені қоршайтын көлемдегі вакансия пайда болғанда, электронейтралдық шарты сақталу қажет. «Бояу орталықтары» деп аталатын сілтілі металдардың галогенидтеріндегі ақаулар (ең қарапайымдылары - F-орталықтар) жеке вакансиялардың немесе вакансиялардың жақын орналасқан топтардың болуымен уағдалған. Осы ақаулардың айырықша электрондық немесе оптикалық қасиеттері электростатикалық тепе-теңдік шарттарымен анықталады. Егер әр түрлі сорттағы атомдардың вакансиялар саны белгілі пропорцияда болса, иондық қатты денелердегі бүкіл кристалдың электр нейтралдығы автоматты түрде сақталады, дәлірек айтқанда, химиялық стехиометрия сақталады. Бұл жағдайда, Шоттки кері реттелуі туралы айтылады. Әдетте, Шотткидің кері реттелуі тек бинарлы қосылыстарда ғана жүзеге асады, компоненттер арасындағы қатынас 1 : 1 болуы қажет. Шоттки ақауы денегіміз әр түрлі таңбадағы вакансиялар жұбын атаймыз. Шоттки ақауының екі компоненті бір бірінен жақын орналасу шартты міндетті емес. Түйінаралық атом – кристал бетінен ішіне түсіп, торда кейбір орташа жағдайда орналасатын атомды атаймыз. Мұнда түйінаралық атом қасында крситалдық тордың сығылуы және созылуы пайда болады. Ең жақын көршілерінің қатты маңызды емес ығысуына әкелетін енгізу атомы орналасатын көптеген позиция бар. Стехиометриялық пропорцияларда оң және теріс иондарды бір уақытта енгізуінің ықтималдығы аз, сондықтан да, осындай ақау үшін арнайы термин ойластырылмаған. Френкел ақауы бір сорттағы вакансия және түйінаралық атомнан тұрады (мұнда электростатикалық нейтралдық және стехиометрия сақталады). Френкел кері реттелуі жылулық тепе-теңдік орнатылғанда немесе кристалды ядролық бөлшектермен бомбалау кезінде пайда болады. Қатты денелердегі радиациялық зақымданулардың көптеген бөлігі Френкел ақауларының пайда болуы және қыздырып босаңдатуын зерттеуімен байланысты. Антиқұрылымды атты кері реттелу үшін бір сортты атомдар екінші сортты атомдарға арналған орындарға орналасады. Антиқұрылымды ақаулар екі сортты атомдардың өлшемдері бір біріне жақын болған жағдайда пайда болады. Жылулық тепе-теңдік жағдайдағы ақаулар тығыздығы Вакансия секілді нүктелік ақау пайда болу үшін кейбір энергия мөлшері Е эВ кетірілуі қажет. Бір қарағанда, жылулық тепе-теңдік кезінде кристалдағы вакансиялардың шекті концентрациясының болуы энергетикалық түрде тиімсіз болатын сияқты. Бірақ вакансиялардың шекті концентрациясы кезінде жүйе энтропиясы артады, ал бос энергия идеалды кристал жағдайынан көрі азайып кетуі мүмкін. Бос энергия (кристалдың толық энергиясының және энтропияның температураға көбейтіндісінің айырмасы). Кристалл тор түйіндері кездейсоқ таралған N атом және п вакансиядан тұрады деп есептейік. Онда энтропия өсімін келесі өрнекпен келтіруге болады: (9.1) Факториал үшін Стирлингтің жуық формуласын қолданып, келесі өрнекті аламыз: (9.2) Вакансия пайда болғанда, бос энергия келесі шамаға өзгереді: (9.3) өрнегінің туындысы нөлге тең п шамасы термодинамикалық түрде ықтимал болып келеді. (9.3) теңдеуінің ол шарт келесі жағдайда орындалады (9.4) Сонымен, жеке ақаулардың тығыздығының кез келген нақты мәндері үшін олардың концентрациясы кері температураның экспоненциалды функциясы болып келеді. Басқа нүктелік ақаулардың тепе-теңдік концентрациялары үшін сәйкес өрнектерді алуға болады. Жалпы жағдайда, бос энергияның функционалының минимизациясы белсендендіру энергиялары әртүрлі ақаулардың үйлесуі үшін жүргізілу қажет. жүктеу/скачать 141.36 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|