Кремнійявляє собою атомний кристал, атоми якого з'єднані один з одним ковалентними зв'язками, утворюючи просторову сітчасту структуру. У цій структурі ковалентні зв’язки між атомами дуже спрямовані та мають високу енергію зв’язку, завдяки чому кремній демонструє високу твердість, коли протидіє зовнішнім силам, щоб змінити його форму. Наприклад, для руйнування міцного ковалентного зв’язку між атомами потрібна велика зовнішня сила.
Однак саме через регулярні та відносно жорсткі структурні характеристики його атомного кристала, коли на нього діє велика сила удару або нерівномірна зовнішня сила, решітка всерединікремнійВажко буферизувати та розсіювати зовнішню силу через локальну деформацію, але призведе до розриву ковалентних зв’язків уздовж деяких слабких кристалічних площин або кристалічних напрямків, що призведе до руйнування всієї кристалічної структури та прояву крихких характеристик. На відміну від структур, таких як металеві кристали, існують іонні зв’язки між атомами металу, які можуть відносно ковзати, і вони можуть покладатися на ковзання між атомними шарами, щоб адаптуватися до зовнішніх сил, демонструючи хорошу пластичність і нелегку крихкість.
Кремнійатоми з'єднані ковалентним зв'язком. Суть ковалентних зв’язків полягає в сильній взаємодії, утвореній спільними електронними парами між атомами. Хоча цей зв'язок може забезпечити стабільність і твердістькристал кремніюСтруктура, ковалентному зв’язку важко відновитися після його розриву. Коли сила, прикладена зовнішнім світом, перевищує межу, яку може витримати ковалентний зв’язок, зв’язок розірветься, і оскільки немає таких факторів, як вільно рухомі електрони, як у металах, які б допомогли відновити розрив, відновити зв’язок або покладаючись на делокалізацію електронів для розсіювання напруги, його легко зламати, і він не може підтримувати загальну цілісність завдяки власним внутрішнім коригуванням, через що кремній стає дуже крихким.
У практичних застосуваннях кремнієві матеріали часто важко вважати абсолютно чистими, вони містять певні домішки та дефекти решітки. Включення атомів домішок може порушити початково регулярну структуру решітки кремнію, спричиняючи зміни в міцності локального хімічного зв’язку та режимі зв’язку між атомами, що призводить до слабких ділянок у структурі. Дефекти решітки (такі як вакансії та дислокації) також стануть місцями концентрації напруги.
Коли діють зовнішні сили, ці слабкі місця та точки концентрації напруги, швидше за все, призведуть до розриву ковалентних зв’язків, у результаті чого кремнієвий матеріал почне розриватися в цих місцях, посилюючи його крихкість. Навіть якщо спочатку він покладався на ковалентні зв’язки між атомами для створення структури з вищою твердістю, важко уникнути крихкого руйнування під впливом зовнішніх сил.
Час публікації: 10 грудня 2024 р