Krzemto kryształ atomowy, którego atomy są połączone ze sobą wiązaniami kowalencyjnymi, tworząc przestrzenną strukturę sieciową. W tej strukturze wiązania kowalencyjne między atomami są bardzo kierunkowe i mają wysoką energię wiązania, co sprawia, że krzem wykazuje dużą twardość, gdy przeciwstawia się siłom zewnętrznym zmieniającym jego kształt. Na przykład potrzeba dużej siły zewnętrznej, aby zniszczyć silne wiązanie kowalencyjne między atomami.
Jednakże to właśnie z powodu regularnych i stosunkowo sztywnych właściwości strukturalnych jego kryształu atomowego, gdy jest on poddany działaniu dużej siły uderzenia lub nierównej siły zewnętrznej, siatka wewnątrzkrzemjest trudny do buforowania i rozproszenia siły zewnętrznej poprzez lokalne odkształcenie, ale powoduje zerwanie wiązań kowalencyjnych wzdłuż niektórych słabych płaszczyzn kryształu lub kierunków kryształu, co spowoduje pęknięcie całej struktury kryształu i wykazanie kruchości. W przeciwieństwie do struktur takich jak kryształy metali, pomiędzy atomami metali istnieją wiązania jonowe, które mogą się względnie przesuwać i mogą polegać na przesuwaniu się między warstwami atomowymi, aby dostosować się do sił zewnętrznych, wykazując dobrą ciągliwość i niełatwo złamać kruchość.
Krzematomy są połączone wiązaniami kowalencyjnymi. Istotą wiązań kowalencyjnych jest silne oddziaływanie, jakie tworzą wspólne pary elektronów pomiędzy atomami. Chociaż to wiązanie może zapewnić stabilność i twardośćkryształ krzemustrukturze, wiązanie kowalencyjne jest trudne do odzyskania po jego zerwaniu. Kiedy siła przyłożona przez świat zewnętrzny przekroczy granicę, jaką może wytrzymać wiązanie kowalencyjne, wiązanie pęknie, a ponieważ nie ma czynników, takich jak swobodnie poruszające się elektrony, jak w metalach, które mogłyby pomóc naprawić przerwę, ponownie ustanowić połączenie lub polega na delokalizacji elektronów w celu rozproszenia naprężeń, łatwo pęka i nie może utrzymać ogólnej integralności poprzez własne wewnętrzne dostosowania, co powoduje, że krzem jest bardzo kruchy.
W praktycznych zastosowaniach materiały krzemowe często nie są całkowicie czyste i zawierają pewne zanieczyszczenia i defekty sieci. Włączenie atomów zanieczyszczeń może zakłócić pierwotnie regularną strukturę sieci krzemowej, powodując zmiany w lokalnej sile wiązań chemicznych i sposobie wiązania między atomami, co skutkuje słabymi obszarami w strukturze. Wady sieci (takie jak wakaty i dyslokacje) również staną się miejscami koncentracji naprężeń.
Kiedy działają siły zewnętrzne, te słabe punkty i punkty koncentracji naprężeń z większym prawdopodobieństwem powodują zerwanie wiązań kowalencyjnych, powodując, że materiał krzemowy zaczyna pękać w tych miejscach, zwiększając jego kruchość. Nawet jeśli pierwotnie w celu zbudowania struktury o większej twardości opierano się na wiązaniach kowalencyjnych między atomami, trudno uniknąć kruchego pękania pod wpływem sił zewnętrznych.
Czas publikacji: 10 grudnia 2024 r