Silisiumer en atomkrystall, hvis atomer er forbundet med hverandre ved kovalente bindinger, og danner en romlig nettverksstruktur. I denne strukturen er de kovalente bindingene mellom atomer veldig retningsbestemte og har høy bindingsenergi, noe som gjør at silisium viser høy hardhet når de motstår ytre krefter for å endre form. For eksempel kreves det en stor ytre kraft for å ødelegge den sterke kovalente bindingsforbindelsen mellom atomer.
Imidlertid er det nettopp på grunn av de regelmessige og relativt stive strukturelle egenskapene til dens atomkrystall at når den utsettes for en stor slagkraft eller ujevn ytre kraft, vil gitteret innvendigsilisiumer vanskelig å buffere og spre den ytre kraften gjennom lokal deformasjon, men vil føre til at de kovalente bindingene brytes langs noen svake krystallplan eller krystallretninger, noe som vil føre til at hele krystallstrukturen bryter og viser sprø karakteristikk. I motsetning til strukturer som metallkrystaller, er det ioniske bindinger mellom metallatomer som kan gli relativt, og de kan stole på at glidningen mellom atomlagene tilpasser seg ytre krefter, viser god duktilitet og ikke lett å bryte sprø.
Silisiumatomer er forbundet med kovalente bindinger. Essensen av kovalente bindinger er den sterke interaksjonen som dannes av de delte elektronparene mellom atomer. Selv om denne bindingen kan sikre stabiliteten og hardheten tilsilisium krystallstruktur, er det vanskelig for den kovalente bindingen å gjenopprette når den først er brutt. Når kraften påført av omverdenen overskrider grensen som den kovalente bindingen tåler, vil bindingen bryte, og fordi det ikke er noen faktorer som fritt bevegelige elektroner som i metaller for å hjelpe til med å reparere bruddet, gjenopprette forbindelsen, eller stole på delokalisering av elektroner for å spre stresset, det er lett å knekke og kan ikke opprettholde den generelle integriteten gjennom sine egne interne justeringer, noe som gjør at silisium blir veldig sprøtt.
I praktiske applikasjoner er silisiummaterialer ofte vanskelig å være helt rene, og vil inneholde visse urenheter og gitterdefekter. Innlemmelsen av urenhetsatomer kan forstyrre den opprinnelig vanlige silisiumgitterstrukturen, forårsake endringer i den lokale kjemiske bindingsstyrken og bindingsmodusen mellom atomer, noe som resulterer i svake områder i strukturen. Gitterdefekter (som ledige stillinger og luksasjoner) vil også bli steder hvor stress er konsentrert.
Når ytre krefter virker, er det mer sannsynlig at disse svake punktene og spenningskonsentrasjonspunktene forårsaker brudd av kovalente bindinger, noe som fører til at silisiummaterialet begynner å bryte fra disse stedene, noe som forverrer dets sprøhet. Selv om den opprinnelig var avhengig av de kovalente bindingene mellom atomer for å bygge en struktur med høyere hardhet, er det vanskelig å unngå sprøbrudd under påvirkning av ytre krefter.
Innleggstid: 10. desember 2024