¿Por qué el silicio es tan duro pero tan quebradizo?

SilicioEs un cristal atómico, cuyos átomos están conectados entre sí mediante enlaces covalentes, formando una estructura de red espacial. En esta estructura, los enlaces covalentes entre átomos son muy direccionales y tienen una alta energía de enlace, lo que hace que el silicio muestre una gran dureza al resistir fuerzas externas para cambiar su forma. Por ejemplo, se necesita una gran fuerza externa para destruir el fuerte enlace covalente entre los átomos.

Sin embargo, es precisamente debido a las características estructurales regulares y relativamente rígidas de su cristal atómico que cuando se somete a una gran fuerza de impacto o a una fuerza externa desigual, la red internasilicioEs difícil amortiguar y dispersar la fuerza externa mediante deformación local, pero hará que los enlaces covalentes se rompan a lo largo de algunos planos cristalinos débiles o direcciones del cristal, lo que hará que toda la estructura cristalina se rompa y muestre características frágiles. A diferencia de estructuras como los cristales metálicos, existen enlaces iónicos entre los átomos metálicos que pueden deslizarse relativamente y pueden depender del deslizamiento entre capas atómicas para adaptarse a las fuerzas externas, lo que muestra buena ductilidad y no es fácil de romper.

SilicioLos átomos están conectados por enlaces covalentes. La esencia de los enlaces covalentes es la fuerte interacción formada por los pares de electrones compartidos entre átomos. Aunque esta unión puede asegurar la estabilidad y dureza delcristal de silicioestructura, es difícil que el enlace covalente se recupere una vez que se rompe. Cuando la fuerza aplicada por el mundo exterior excede el límite que el enlace covalente puede soportar, el enlace se romperá, y debido a que no existen factores como electrones que se mueven libremente como en los metales para ayudar a reparar la ruptura, restablecer la conexión o Al depender de la deslocalización de electrones para dispersar la tensión, es fácil de agrietar y no puede mantener la integridad general mediante sus propios ajustes internos, lo que hace que el silicio sea muy frágil.

En aplicaciones prácticas, a menudo es difícil que los materiales de silicio sean absolutamente puros y contendrán ciertas impurezas y defectos de red. La incorporación de átomos de impurezas puede alterar la estructura reticular de silicio originalmente regular, provocando cambios en la fuerza del enlace químico local y el modo de enlace entre los átomos, lo que resulta en áreas débiles en la estructura. Los defectos de la red (como vacantes y dislocaciones) también se convertirán en lugares donde se concentrará la tensión.

Cuando actúan fuerzas externas, es más probable que estos puntos débiles y puntos de concentración de tensiones provoquen la rotura de enlaces covalentes, lo que hace que el material de silicio comience a romperse en estos lugares, exacerbando su fragilidad. Incluso si originalmente se dependía de los enlaces covalentes entre átomos para construir una estructura con una mayor dureza, es difícil evitar una fractura frágil bajo el impacto de fuerzas externas.