Silícioé um cristal atômico, cujos átomos estão conectados entre si por ligações covalentes, formando uma estrutura de rede espacial. Nessa estrutura, as ligações covalentes entre os átomos são muito direcionais e possuem alta energia de ligação, o que faz com que o silício apresente alta dureza ao resistir a forças externas para alterar sua forma. Por exemplo, é necessária uma grande força externa para destruir a forte ligação covalente entre os átomos.
No entanto, é precisamente por causa das características estruturais regulares e relativamente rígidas do seu cristal atômico que quando ele é submetido a uma grande força de impacto ou a uma força externa irregular, a rede internasilícioé difícil amortecer e dispersar a força externa por meio de deformação local, mas fará com que as ligações covalentes se quebrem ao longo de alguns planos cristalinos fracos ou direções cristalinas, o que fará com que toda a estrutura cristalina se quebre e mostre características frágeis. Ao contrário de estruturas como cristais metálicos, existem ligações iônicas entre átomos metálicos que podem deslizar relativamente, e podem contar com o deslizamento entre camadas atômicas para se adaptarem a forças externas, apresentando boa ductilidade e não sendo fáceis de quebrar.
Silícioátomos estão conectados por ligações covalentes. A essência das ligações covalentes é a forte interação formada pelos pares de elétrons compartilhados entre os átomos. Embora esta ligação possa garantir a estabilidade e dureza docristal de silícioestrutura, é difícil para a ligação covalente se recuperar depois de quebrada. Quando a força aplicada pelo mundo exterior excede o limite que a ligação covalente pode suportar, a ligação se romperá, e porque não existem fatores como elétrons em movimento livre, como nos metais, para ajudar a reparar a ruptura, restabelecer a conexão ou dependem da deslocalização de elétrons para dispersar o estresse, é fácil de quebrar e não consegue manter a integridade geral por meio de seus próprios ajustes internos, fazendo com que o silício seja muito frágil.
Em aplicações práticas, os materiais de silício são muitas vezes difíceis de serem absolutamente puros e contêm certas impurezas e defeitos de rede. A incorporação de átomos de impureza pode perturbar a estrutura da rede de silício originalmente regular, causando alterações na força da ligação química local e no modo de ligação entre os átomos, resultando em áreas fracas na estrutura. Defeitos na rede (como lacunas e deslocamentos) também se tornarão locais onde o estresse será concentrado.
Quando forças externas atuam, esses pontos fracos e pontos de concentração de tensão têm maior probabilidade de causar a quebra das ligações covalentes, fazendo com que o material de silício comece a se romper nesses locais, exacerbando sua fragilidade. Mesmo que originalmente se baseasse nas ligações covalentes entre os átomos para construir uma estrutura com maior dureza, é difícil evitar a fratura frágil sob o impacto de forças externas.
Horário da postagem: 10 de dezembro de 2024