Siliciumis een atomair kristal, waarvan de atomen met elkaar zijn verbonden door covalente bindingen, waardoor een ruimtelijke netwerkstructuur ontstaat. In deze structuur zijn de covalente bindingen tussen atomen zeer directioneel en hebben ze een hoge bindingsenergie, waardoor silicium een hoge hardheid vertoont bij het weerstaan van externe krachten om van vorm te veranderen. Er is bijvoorbeeld een grote externe kracht nodig om de sterke covalente binding tussen atomen te vernietigen.
Het is echter juist vanwege de regelmatige en relatief stijve structurele kenmerken van het atomaire kristal dat wanneer het wordt blootgesteld aan een grote impactkracht of een ongelijkmatige externe kracht, het rooster binneninsiliciumHet is moeilijk om de externe kracht te bufferen en te verspreiden door lokale vervorming, maar zal ervoor zorgen dat de covalente bindingen breken langs enkele zwakke kristalvlakken of kristalrichtingen, waardoor de gehele kristalstructuur zal breken en brosse kenmerken zal vertonen. In tegenstelling tot structuren zoals metaalkristallen, zijn er ionische bindingen tussen metaalatomen die relatief kunnen glijden, en ze kunnen vertrouwen op het glijden tussen atomaire lagen om zich aan te passen aan externe krachten, waarbij ze een goede ductiliteit vertonen en niet gemakkelijk broos te breken zijn.
Siliciumatomen zijn verbonden door covalente bindingen. De essentie van covalente bindingen is de sterke interactie die wordt gevormd door de gedeelde elektronenparen tussen atomen. Hoewel deze verbinding de stabiliteit en hardheid van desilicium kristalstructuur, is het moeilijk voor de covalente binding om te herstellen als deze eenmaal is verbroken. Wanneer de kracht die door de buitenwereld wordt uitgeoefend de limiet overschrijdt die de covalente binding kan weerstaan, zal de binding breken, en omdat er geen factoren zijn zoals vrij bewegende elektronen zoals in metalen om de breuk te helpen herstellen, de verbinding te herstellen, of Het is afhankelijk van de delokalisatie van elektronen om de spanning te verspreiden, het is gemakkelijk te kraken en kan de algehele integriteit niet behouden door zijn eigen interne aanpassingen, waardoor silicium erg bros is.
In praktische toepassingen is het vaak moeilijk om siliciummaterialen absoluut zuiver te maken en zullen ze bepaalde onzuiverheden en roosterdefecten bevatten. De opname van onzuiverheidsatomen kan de oorspronkelijk reguliere siliciumroosterstructuur verstoren, waardoor veranderingen in de lokale chemische bindingssterkte en de bindingsmodus tussen atomen ontstaan, wat resulteert in zwakke gebieden in de structuur. Roosterdefecten (zoals leegstand en dislocaties) zullen ook plekken worden waar stress geconcentreerd is.
Wanneer externe krachten inwerken, is de kans groter dat deze zwakke plekken en spanningsconcentratiepunten het verbreken van covalente bindingen veroorzaken, waardoor het siliciummateriaal van deze plaatsen begint te breken, waardoor de brosheid ervan wordt verergerd. Zelfs als het oorspronkelijk afhankelijk was van de covalente bindingen tussen atomen om een structuur met een hogere hardheid te bouwen, is het moeilijk om brosse breuken onder invloed van externe krachten te voorkomen.
Posttijd: 10 december 2024