Πυρίτιοείναι ένας ατομικός κρύσταλλος, του οποίου τα άτομα συνδέονται μεταξύ τους με ομοιοπολικούς δεσμούς, σχηματίζοντας μια δομή χωρικού δικτύου. Σε αυτή τη δομή, οι ομοιοπολικοί δεσμοί μεταξύ των ατόμων είναι πολύ κατευθυντικοί και έχουν υψηλή ενέργεια δεσμού, γεγονός που κάνει το πυρίτιο να εμφανίζει υψηλή σκληρότητα όταν αντιστέκεται σε εξωτερικές δυνάμεις για να αλλάξει το σχήμα του. Για παράδειγμα, χρειάζεται μια μεγάλη εξωτερική δύναμη για να καταστραφεί η σύνδεση ισχυρού ομοιοπολικού δεσμού μεταξύ των ατόμων.
Ωστόσο, ακριβώς λόγω των κανονικών και σχετικά άκαμπτων δομικών χαρακτηριστικών του ατομικού κρυστάλλου του, όταν υποβάλλεται σε μεγάλη δύναμη κρούσης ή ανομοιόμορφη εξωτερική δύναμη, το πλέγμα στο εσωτερικό τουπυρίτιοείναι δύσκολο να ρυθμιστεί και να διασκορπιστεί η εξωτερική δύναμη μέσω τοπικής παραμόρφωσης, αλλά θα προκαλέσει τη διάσπαση των ομοιοπολικών δεσμών κατά μήκος κάποιων αδύναμων κρυσταλλικών επιπέδων ή κατευθύνσεων κρυστάλλων, γεγονός που θα προκαλέσει τη θραύση ολόκληρης της κρυσταλλικής δομής και την εμφάνιση εύθραυστων χαρακτηριστικών. Σε αντίθεση με δομές όπως οι μεταλλικοί κρύσταλλοι, υπάρχουν ιοντικοί δεσμοί μεταξύ ατόμων μετάλλου που μπορούν να ολισθαίνουν σχετικά και μπορούν να βασίζονται στην ολίσθηση μεταξύ των ατομικών στρωμάτων για να προσαρμοστούν στις εξωτερικές δυνάμεις, παρουσιάζοντας καλή ολκιμότητα και δεν είναι εύκολο να σπάσουν εύθραυστα.
Πυρίτιοτα άτομα συνδέονται με ομοιοπολικούς δεσμούς. Η ουσία των ομοιοπολικών δεσμών είναι η ισχυρή αλληλεπίδραση που σχηματίζεται από τα κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων μεταξύ των ατόμων. Αν και αυτός ο δεσμός μπορεί να εξασφαλίσει τη σταθερότητα και τη σκληρότητα τουκρύσταλλο πυριτίουδομή, είναι δύσκολο για τον ομοιοπολικό δεσμό να ανακτήσει μόλις σπάσει. Όταν η δύναμη που ασκείται από τον έξω κόσμο υπερβεί το όριο που μπορεί να αντέξει ο ομοιοπολικός δεσμός, ο δεσμός θα σπάσει και επειδή δεν υπάρχουν παράγοντες όπως τα ελεύθερα κινούμενα ηλεκτρόνια όπως στα μέταλλα που να βοηθούν στην αποκατάσταση της θραύσης, στην αποκατάσταση της σύνδεσης ή βασίζονται στην αποτοπικοποίηση ηλεκτρονίων για να διασκορπίσουν την τάση, είναι εύκολο να σπάσει και δεν μπορεί να διατηρήσει τη συνολική ακεραιότητα μέσω των δικών του εσωτερικών προσαρμογών, με αποτέλεσμα το πυρίτιο να είναι πολύ εύθραυστο.
Σε πρακτικές εφαρμογές, τα υλικά πυριτίου είναι συχνά δύσκολο να είναι απολύτως καθαρά και περιέχουν ορισμένες ακαθαρσίες και ελαττώματα πλέγματος. Η ενσωμάτωση ατόμων ακαθαρσίας μπορεί να διαταράξει την αρχικά κανονική δομή του πλέγματος πυριτίου, προκαλώντας αλλαγές στην τοπική αντοχή χημικού δεσμού και στον τρόπο σύνδεσης μεταξύ των ατόμων, με αποτέλεσμα αδύναμες περιοχές στη δομή. Τα ελαττώματα του πλέγματος (όπως κενές θέσεις και εξαρθρώσεις) θα γίνουν επίσης μέρη όπου συγκεντρώνεται το άγχος.
Όταν δρουν εξωτερικές δυνάμεις, αυτά τα αδύναμα σημεία και τα σημεία συγκέντρωσης τάσεων είναι πιο πιθανό να προκαλέσουν το σπάσιμο των ομοιοπολικών δεσμών, με αποτέλεσμα το υλικό του πυριτίου να αρχίσει να σπάει από αυτά τα σημεία, επιδεινώνοντας την ευθραυστότητά του. Ακόμα κι αν αρχικά βασιζόταν στους ομοιοπολικούς δεσμούς μεταξύ των ατόμων για την κατασκευή μιας δομής με υψηλότερη σκληρότητα, είναι δύσκολο να αποφευχθεί το εύθραυστο κάταγμα υπό την επίδραση εξωτερικών δυνάμεων.
Ώρα δημοσίευσης: Δεκ-10-2024