सिलिकॉन इतके कठीण पण ठिसूळ का आहे?

सिलिकॉनएक अणु क्रिस्टल आहे, ज्याचे अणू सहसंयोजक बंधांनी एकमेकांशी जोडलेले आहेत, एक अवकाशीय नेटवर्क संरचना तयार करतात. या संरचनेत, अणूंमधील सहसंयोजक बंध अतिशय दिशात्मक असतात आणि उच्च बंध ऊर्जा असते, ज्यामुळे सिलिकॉन बाह्य शक्तींना त्याचा आकार बदलण्यासाठी प्रतिकार करताना उच्च कडकपणा दाखवतो. उदाहरणार्थ, अणूंमधील मजबूत सहसंयोजक बंधाचा नाश करण्यासाठी मोठी बाह्य शक्ती लागते.

तथापि, त्याच्या अणु क्रिस्टलच्या नियमित आणि तुलनेने कठोर संरचनात्मक वैशिष्ट्यांमुळे हे तंतोतंत आहे की जेव्हा ते मोठ्या प्रभावाच्या शक्तीच्या किंवा असमान बाह्य शक्तीच्या अधीन असते तेव्हा आत जाळीसिलिकॉनस्थानिक विकृतीद्वारे बाह्य शक्ती बफर करणे आणि विखुरणे कठीण आहे, परंतु काही कमकुवत क्रिस्टल प्लेन किंवा क्रिस्टल दिशानिर्देशांसह सहसंयोजक बंध तुटण्यास कारणीभूत ठरतील, ज्यामुळे संपूर्ण क्रिस्टल संरचना तुटते आणि ठिसूळ वैशिष्ट्ये दर्शवतात. धातूच्या स्फटिकांसारख्या संरचनेच्या विपरीत, धातूच्या अणूंमध्ये आयनिक बंध असतात जे तुलनेने सरकू शकतात आणि ते बाह्य शक्तींशी जुळवून घेण्यासाठी अणूच्या थरांमधील स्लाइडिंगवर अवलंबून राहू शकतात, चांगली लवचिकता दर्शवतात आणि ठिसूळ तोडणे सोपे नसते.

सिलिकॉनअणू सहसंयोजक बंधांनी जोडलेले असतात. सहसंयोजक बंधांचे सार हे अणूंमधील सामायिक इलेक्ट्रॉन जोड्यांमुळे तयार होणारे मजबूत परस्परसंवाद आहे. जरी हे बंधन स्थिरता आणि कडकपणा सुनिश्चित करू शकतेसिलिकॉन क्रिस्टलसंरचनेत, सहसंयोजक बंध एकदा तुटला की तो पुनर्प्राप्त करणे कठीण आहे. जेव्हा बाह्य जगाद्वारे लागू केलेले बल सहसंयोजक बंध सहन करू शकणाऱ्या मर्यादेपेक्षा जास्त असेल तेव्हा बंध तुटतील, आणि ब्रेक दुरुस्त करण्यासाठी, कनेक्शन पुन्हा स्थापित करण्यात मदत करण्यासाठी धातूंप्रमाणे मुक्तपणे हलणारे इलेक्ट्रॉन यासारखे कोणतेही घटक नसल्यामुळे ताण दूर करण्यासाठी इलेक्ट्रॉन्सच्या डिलोकलायझेशनवर अवलंबून राहा, ते क्रॅक करणे सोपे आहे आणि स्वतःच्या अंतर्गत समायोजनांद्वारे संपूर्ण अखंडता राखू शकत नाही, ज्यामुळे सिलिकॉन खूप ठिसूळ

व्यावहारिक अनुप्रयोगांमध्ये, सिलिकॉन सामग्री पूर्णपणे शुद्ध असणे कठीण असते आणि त्यात विशिष्ट अशुद्धता आणि जाळीचे दोष असतात. अशुद्धता अणूंचा अंतर्भाव मूळतः नियमित सिलिकॉन जाळीच्या संरचनेत व्यत्यय आणू शकतो, ज्यामुळे स्थानिक रासायनिक बंध सामर्थ्य आणि अणूंमधील बाँडिंग मोडमध्ये बदल होऊ शकतो, परिणामी संरचनेतील क्षेत्र कमकुवत होते. जाळीतील दोष (जसे की रिक्त जागा आणि विस्थापन) देखील अशा ठिकाणी बनतील जेथे तणाव केंद्रित आहे.

जेव्हा बाह्य शक्ती कार्य करतात, तेव्हा हे कमकुवत स्पॉट्स आणि तणाव एकाग्रता बिंदूंमुळे सहसंयोजक बंध तुटण्याची अधिक शक्यता असते, ज्यामुळे सिलिकॉन सामग्री या ठिकाणांहून तुटणे सुरू होते, ज्यामुळे त्याचे ठिसूळपणा वाढतो. जरी मूलतः उच्च कठोरता असलेली रचना तयार करण्यासाठी अणूंमधील सहसंयोजक बंधांवर अवलंबून असले तरीही, बाह्य शक्तींच्या प्रभावाखाली ठिसूळ फ्रॅक्चर टाळणे कठीण आहे.