Силицийе атомен кристал, чиито атоми са свързани помежду си чрез ковалентни връзки, образувайки пространствена мрежеста структура. В тази структура ковалентните връзки между атомите са много насочени и имат висока енергия на връзката, което кара силиция да показва висока твърдост, когато се съпротивлява на външни сили, за да промени формата си. Например, необходима е голяма външна сила, за да се разруши силната ковалентна връзка между атомите.
Въпреки това, именно поради правилните и относително твърди структурни характеристики на неговия атомен кристал, когато е подложен на голяма ударна сила или неравномерна външна сила, решетката вътресилицийе трудно да се буферира и разпръсне външната сила чрез локална деформация, но ще доведе до разкъсване на ковалентните връзки по някои слаби кристални равнини или кристални посоки, което ще доведе до разрушаване на цялата кристална структура и показване на крехки характеристики. За разлика от структури като метални кристали, има йонни връзки между металните атоми, които могат да се плъзгат относително и те могат да разчитат на плъзгането между атомните слоеве, за да се адаптират към външните сили, показвайки добра пластичност и не е лесно да се счупят крехки.
Силицийатомите са свързани с ковалентни връзки. Същността на ковалентните връзки е силното взаимодействие, образувано от споделените електронни двойки между атомите. Въпреки че тази връзка може да осигури стабилността и твърдостта насилициев кристалструктура, за ковалентната връзка е трудно да се възстанови, след като бъде скъсана. Когато силата, приложена от външния свят, надхвърли лимита, на който ковалентната връзка може да издържи, връзката ще се скъса и тъй като няма фактори като свободно движещи се електрони като в металите, които да помогнат за възстановяването на прекъсването, възстановяването на връзката или разчита на делокализацията на електроните, за да разпръсне напрежението, той е лесен за напукване и не може да поддържа цялостната цялост чрез собствените си вътрешни настройки, което кара силиция да бъде много крехък.
В практическите приложения често е трудно силициевите материали да бъдат абсолютно чисти и ще съдържат определени примеси и дефекти на решетката. Включването на примесни атоми може да наруши първоначално правилната структура на силициевата решетка, причинявайки промени в силата на локалната химическа връзка и режима на свързване между атомите, което води до слаби зони в структурата. Дефектите на решетката (като празни места и дислокации) също ще станат места, където се концентрира напрежението.
Когато действат външни сили, тези слаби места и точки на концентрация на напрежение е по-вероятно да причинят разкъсване на ковалентни връзки, причинявайки силициевия материал да започне да се счупва от тези места, влошавайки неговата крехкост. Дори ако първоначално е разчитал на ковалентните връзки между атомите, за да изгради структура с по-висока твърдост, е трудно да се избегне крехко счупване под въздействието на външни сили.
Време на публикуване: 10 декември 2024 г