Siliconlà một tinh thể nguyên tử, trong đó các nguyên tử được kết nối với nhau bằng liên kết cộng hóa trị, tạo thành cấu trúc mạng không gian. Trong cấu trúc này, liên kết cộng hóa trị giữa các nguyên tử có tính định hướng rất cao và có năng lượng liên kết cao khiến silicon thể hiện độ cứng cao khi chống lại các ngoại lực làm thay đổi hình dạng. Ví dụ, cần một lực bên ngoài lớn để phá hủy liên kết cộng hóa trị mạnh mẽ giữa các nguyên tử.
Tuy nhiên, chính vì đặc điểm cấu trúc đều đặn và tương đối cứng của tinh thể nguyên tử của nó mà khi chịu một lực tác động lớn hoặc ngoại lực không đều, mạng tinh thể bên trong sẽ bị ảnh hưởng.silickhó đệm và phân tán ngoại lực thông qua biến dạng cục bộ, nhưng sẽ làm cho liên kết cộng hóa trị bị phá vỡ dọc theo một số mặt phẳng tinh thể yếu hoặc hướng tinh thể, khiến toàn bộ cấu trúc tinh thể bị vỡ và có đặc tính giòn. Không giống như các cấu trúc như tinh thể kim loại, giữa các nguyên tử kim loại có liên kết ion có thể trượt tương đối và chúng có thể dựa vào sự trượt giữa các lớp nguyên tử để thích ứng với ngoại lực, cho thấy độ dẻo tốt và không dễ gãy.
Siliconnguyên tử được nối với nhau bằng liên kết cộng hóa trị. Bản chất của liên kết cộng hóa trị là sự tương tác mạnh mẽ được hình thành bởi các cặp electron dùng chung giữa các nguyên tử. Mặc dù liên kết này có thể đảm bảo độ ổn định và độ cứng củatinh thể siliconcấu trúc, liên kết cộng hóa trị khó phục hồi khi bị phá vỡ. Khi lực tác dụng từ thế giới bên ngoài vượt quá giới hạn mà liên kết cộng hóa trị có thể chịu được thì liên kết sẽ bị đứt và do không có các yếu tố như electron chuyển động tự do như trong kim loại giúp hàn gắn vết đứt, thiết lập lại liên kết hoặc dựa vào sự định vị của các điện tử để phân tán ứng suất, nó dễ bị nứt và không thể duy trì tính toàn vẹn tổng thể thông qua các điều chỉnh bên trong của chính nó, khiến silicon rất giòn.
Trong các ứng dụng thực tế, vật liệu silicon thường khó tinh khiết tuyệt đối và sẽ chứa một số tạp chất và khuyết tật mạng nhất định. Sự kết hợp của các nguyên tử tạp chất có thể phá vỡ cấu trúc mạng silicon đều đặn ban đầu, gây ra những thay đổi về độ bền liên kết hóa học cục bộ và chế độ liên kết giữa các nguyên tử, dẫn đến các vùng yếu trong cấu trúc. Các khuyết tật mạng (chẳng hạn như chỗ trống và sai lệch) cũng sẽ trở thành nơi tập trung căng thẳng.
Khi có ngoại lực tác dụng, những điểm yếu và điểm tập trung ứng suất này có nhiều khả năng gây ra sự phá vỡ liên kết cộng hóa trị, khiến vật liệu silicon bắt đầu đứt ra khỏi những nơi này, làm trầm trọng thêm độ giòn của nó. Ngay cả khi ban đầu dựa vào liên kết cộng hóa trị giữa các nguyên tử để xây dựng cấu trúc có độ cứng cao hơn thì cũng khó tránh khỏi tình trạng gãy giòn dưới tác động của ngoại lực.
Thời gian đăng: 10-12-2024