Defekt von Crystallographic

Kristallene Festkörper stellen eine periodische Kristallstruktur aus. Die Positionen von Atomen oder Molekülen kommen beim Wiederholen fester Entfernungen vor, die durch die Einheitszellrahmen bestimmt sind. Jedoch ist die Einordnung des Atoms oder der Moleküle in den meisten kristallenen Materialien nicht vollkommen. Die regelmäßigen Muster werden durch crystallographic Defekte unterbrochen.

Punkt-Defekte

Punkt-Defekte sind Defekte, die nur an oder um einen einzelnen Gitter-Punkt vorkommen. Sie werden im Raum in keiner Dimension erweitert. Strenge Grenzen dafür, wie klein ein Punkt-Defekt ist, werden allgemein ausführlich nicht definiert, aber normalerweise schließen diese Defekte höchstens einige zusätzliche oder fehlende Atome ein. Größere Defekte in einer bestellten Struktur werden gewöhnlich als Verlagerungsschleifen betrachtet. Aus historischen Gründen werden viele Punkt-Defekte, besonders in ionischen Kristallen, Zentren genannt: Zum Beispiel wird eine freie Stelle in vielen ionischen Festkörpern ein Lumineszenz-Zentrum, ein Farbenzentrum oder F-Zentrum genannt. Diese Verlagerungen erlauben ionischen Transport durch Kristalle, die zu elektrochemischen Reaktionen führen. Diese werden oft mit der Kröger-Vink Notation angegeben.

  • Defekte der freien Stelle sind Gitter-Seiten, die in einem vollkommenen Kristall besetzt würden, aber frei sind. Wenn sich ein benachbartes Atom bewegt, um die freie Seite, die Bewegungen der freien Stelle in der entgegengesetzten Richtung zur Seite zu besetzen, die gepflegt hat, durch das bewegende Atom besetzt zu werden. Die Stabilität der Umgebungskristallstruktur versichert, dass die benachbarten Atome um die freie Stelle nicht einfach zusammenbrechen werden. In einigen Materialien rücken benachbarte Atome wirklich von einer freien Stelle ab, weil sie Anziehungskraft von Atomen in den Umgebungen erfahren. Eine freie Stelle (oder Paar von Vakanzen in einem ionischen Festkörper) wird manchmal einen Defekt von Schottky genannt.
  • Zwischenräumliche Defekte sind Atome, die eine Seite in der Kristallstruktur besetzen, an der es gewöhnlich nicht ein Atom gibt. Sie sind allgemein hohe Energiekonfigurationen. Kleine Atome in einigen Kristallen können Zwischenräume ohne hohe Energie wie Wasserstoff in Palladium besetzen.
  • Ein nahe gelegenes Paar einer freien Stelle und eines zwischenräumlichen wird häufig einen Defekt von Frenkel oder Paar von Frenkel genannt. Das wird verursacht, wenn ein Ion in eine zwischenräumliche Seite umzieht und eine freie Stelle schafft.
  • Unreinheiten kommen vor, weil Materialien nie um 100 % rein sind. Im Fall von einer Unreinheit wird das Atom häufig an einer regelmäßigen Atomseite in der Kristallstruktur vereinigt. Das ist weder eine freie Seite noch ist das Atom auf einer zwischenräumlichen Seite, und es wird einen stellvertretenden Defekt genannt. Das Atom soll nirgends im Kristall sein, und ist so eine Unreinheit. Es gibt zwei verschiedene Typen von stellvertretenden Defekten. Ersatz von Isovalent und aliovalent Ersatz. Ersatz von Isovalent ist, wo das Ion, das das ursprüngliche Ion einsetzt, desselben Oxydationsstaates wie das Ion ist, ersetzt es. Ersatz von Aliovalent ist, wo das Ion, das das ursprüngliche Ion einsetzt, eines verschiedenen Oxydationsstaates als das Ion ist, ersetzt es. Ersetzungen von Aliovalent ändern die gesamte Anklage innerhalb der ionischen Zusammensetzung, aber die ionische Zusammensetzung muss neutral sein. Deshalb ist ein Anklage-Entschädigungsmechanismus erforderlich. Folglich wird entweder eines der Metalle teilweise oder völlig oxidiert oder reduziert, oder Ion-Vakanzen werden geschaffen.
  • Antiseite-Defekte kommen in einer bestellten Legierung oder Zusammensetzung vor, wenn Atome des verschiedenen Typs Positionen austauschen. Zum Beispiel hat eine Legierung eine regelmäßige Struktur, in der jedes andere Atom eine verschiedene Art ist; weil Illustration annimmt, dass Atome des Typs A auf den Ecken eines Kubikgitters sitzen, und Atome des Typs B im Zentrum der Würfel sitzen. Wenn ein Würfel Ein Atom an seinem Zentrum hat, ist das Atom auf einer Seite, die gewöhnlich durch ein B Atom besetzt ist, und ist so ein Antiseite-Defekt. Das ist weder eine freie Stelle noch ein zwischenräumlicher, noch eine Unreinheit.
  • Topologische Defekte sind Gebiete in einem Kristall, wo die normale chemische Abbinden-Umgebung von den Umgebungen topologisch verschieden ist. Zum Beispiel, in einer vollkommenen Platte des Grafits (graphene) alle Atome sind in Ringen, die sechs Atome enthalten. Wenn die Platte Gebiete enthält, wo die Zahl von Atomen in einem Ring von sechs verschieden ist, während die Gesamtzahl von Atomen dasselbe bleibt, hat sich ein topologischer Defekt geformt. Ein Beispiel ist der Defekt von Stone Wales in nanotubes, der aus zwei angrenzenden 5-membered und zwei 7-membered Atom-Ringen besteht.
  • Auch amorphe Festkörper können Defekte enthalten. Diese sind natürlich etwas hart zu definieren, aber manchmal kann ihre Natur ganz leicht verstanden werden. Zum Beispiel in der ideal verpfändeten amorphen Kieselerde haben alle Atome von Si 4 Obligationen zu O Atomen, und alle O Atome haben 2 Obligationen zum Atom von Si. So z.B kann ein O Atom mit nur einem Band von Si (ein baumelndes Band) als ein Defekt in der Kieselerde betrachtet werden.
  • Komplexe können sich zwischen verschiedenen Arten von Punkt-Defekten formen. Zum Beispiel, wenn eine freie Stelle auf eine Unreinheit stößt, können die zwei zusammen binden, wenn die Unreinheit für das Gitter zu groß ist. Interstitials kann 'Spalt zwischenräumlich' oder 'Dummkopf'-Strukturen bilden, wo zwei Atome effektiv eine Atomseite teilen, auf kein Atom hinauslaufend, das wirklich die Seite besetzt.

Liniendefekte

Liniendefekte können durch Maß-Theorien beschrieben werden.

  • Verlagerungen sind geradlinige Defekte, um die einige der Atome des Kristallgitters falsch ausgerichtet sind.

Es gibt zwei grundlegende Typen von Verlagerungen, der Rand-Verlagerung und der Schraube-Verlagerung. "Misch"-Verlagerungen, Aspekte von beiden Typen verbindend, sind auch üblich.

Rand-Verlagerungen werden durch die Beendigung eines Flugzeugs von Atomen in der Mitte eines Kristalls verursacht. In solch einem Fall sind die angrenzenden Flugzeuge nicht gerade, aber biegen sich stattdessen um den Rand des endenden Flugzeugs, so dass die Kristallstruktur auf beiden Seiten vollkommen bestellt wird. Die Analogie mit einem Stapel von Papier ist passend: Wenn ein halbes Stück von Papier in einen Stapel von Papier eingefügt wird, ist der Defekt im Stapel nur am Rand der Hälfte der Platte bemerkenswert.

Die Schraube-Verlagerung ist schwieriger sich zu vergegenwärtigen, aber umfasst grundsätzlich eine Struktur, in der ein spiralenförmiger Pfad um den geradlinigen Defekt (Verlagerungslinie) durch die Atomflugzeuge von Atomen im Kristallgitter verfolgt wird.

Die Anwesenheit der Verlagerung läuft auf Gitter-Beanspruchung (Verzerrung) hinaus. Die Richtung und der Umfang solcher Verzerrung werden in Bezug auf einen Burger-Vektoren (b) ausgedrückt. Für einen Rand-Typ ist b auf der Verlagerungslinie rechtwinklig, wohingegen in den Fällen des Schraube-Typs es parallel ist. In metallischen Materialien wird b nach Ende-gepackten crytallographic Richtungen ausgerichtet, und sein Umfang ist zu einem Zwischenatomabstand gleichwertig.

Verlagerungen können sich bewegen, wenn die Atome von einem der Umgebungsflugzeuge ihre Obligationen und Wiederband mit den Atomen am endenden Rand brechen.

Es ist die Anwesenheit von Verlagerungen und ihrer Fähigkeit, sich sogleich zu bewegen (und aufeinander zu wirken), unter dem Einfluss von durch Außenlasten veranlassten Betonungen, der zur charakteristischen Geschmeidigkeit von metallischen Materialien führt.

Verlagerungen können mit der Übertragungselektronmikroskopie, der Feldion-Mikroskopie und den Atom-Untersuchungstechniken beobachtet werden.

Tiefes Niveau vergängliche Spektroskopie ist verwendet worden, für die elektrische Tätigkeit von Verlagerungen in Halbleitern, hauptsächlich Silikon-zu studieren.

  • Disclinations sind Liniendefekte entsprechend "dem Hinzufügen" oder "Abziehen" eines Winkels um eine Linie. Grundsätzlich bedeutet das, dass, wenn Sie die Kristallorientierung um den Liniendefekt verfolgen, Sie eine Folge bekommen. Gewöhnlich spielen sie eine Rolle nur in flüssigen Kristallen.

Planare Defekte

  • Korn-Grenzen kommen vor, wo sich die crystallographic Richtung des Gitters plötzlich ändert. Das kommt gewöhnlich vor, wenn zwei Kristalle beginnen, getrennt zu wachsen, und sich dann treffen.
  • Antiphase-Grenzen kommen in der bestellten Legierung vor: In diesem Fall bleibt die crystallographic Richtung dasselbe, aber jede Seite der Grenze hat eine entgegengesetzte Phase: Zum Beispiel, wenn die Einrichtung gewöhnlich ABABABAB ist, nimmt eine Antiphase-Grenze die Form von ABABBABA an.
  • Aufschobernde Schulden kommen in mehreren Kristallstrukturen vor, aber das allgemeine Beispiel ist in Ende-gepackten Strukturen. Flächenzentrierte kubische (fcc) Strukturen unterscheiden sich von gepackten (hcp) Strukturen des sechseckigen Endes nur im Stapeln der Ordnung: Beide Strukturen haben nahe Atomflugzeuge mit der sechsfachen Symmetrie eingepackt — die Atome bilden gleichseitige Dreiecke. Wenn sie eine dieser Schichten oben auf einem anderen aufschobern, sind die Atome nicht direkt oben auf einander — die ersten zwei Schichten sind für hcp und fcc und etikettierten AB identisch. Wenn die dritte Schicht gelegt wird, so dass seine Atome direkt über denjenigen der ersten Schicht sind, wird das Stapeln ABA sein — das ist die hcp Struktur, und es setzt ABABABAB fort. Jedoch gibt es eine andere mögliche Position für die dritte Schicht, solch, dass seine Atome nicht über der ersten Schicht sind. Statt dessen sind es die Atome in der vierten Schicht, die direkt über der ersten Schicht sind. Das erzeugt das Stapeln ABCABCABC, und ist wirklich eine Kubikeinordnung der Atome. Eine Stapeln-Schuld ist eine eine oder zwei Schicht-Unterbrechung in der Stapeln-Folge zum Beispiel, wenn die Folge ABCABABCAB in einer fcc Struktur gefunden wurde.

Hauptteil-Defekte

  • Leere ist kleine Gebiete, wo es keine Atome gibt, und als Trauben von Vakanzen gedacht werden kann.
  • Unreinheiten können sich zusammen sammeln, um kleine Gebiete einer verschiedenen Phase zu bilden. Diese werden häufig genannt schlägt sich nieder.

Mathematische Klassifikationsmethoden

Eine erfolgreiche mathematische Klassifikationsmethode für physische Gitter-Defekte, die nicht nur mit der Theorie von Verlagerungen und anderen Defekten in Kristallen sondern auch, z.B, für disclinations in flüssigen Kristallen und für Erregung in Superflüssigkeit Er arbeitet, ist die topologische homotopy Theorie.

Computersimulierungsmethoden

Das Simulieren der Klemmung von harten Bereichen verschiedener Größen und/oder in Behältern mit non-commeasurable Größen mit dem Lubachevsky-Stillinger Algorithmus

kann wirksame Techniken sein, um einige Typen von crystallographic Defekten zu demonstrieren.

Siehe auch

  • Defekt von Bjerrum
  • Defekte von Crystallographic im Diamanten
  • Kröger-Vink Notation
  • F-Zentrum

Weiterführende Literatur

  • Hagen Kleinert, Maß-Felder in der Kondensierten Sache, Vol. II, "Betonungen und Defekte", Seiten 743-1456, Welt Wissenschaftlich (Singapur, 1989); internationale Paperback-Standardbuchnummer 9971-5-0210-0
  • Hermann Schmalzried: Reaktionen des Festen Zustands. Verlag Chemie, Weinheim 1981, internationale Standardbuchnummer 3-527-25872-8.

Zentraler pontine myelinolysis / Chomsky normale Form
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