Структура реального кристалла презентация

Аллотро́пия — существование двух и более простых веществ одного и того же химического элемента, различных по строению и свойствам.
полиморфизм
Принято обозначать различные аллотропические формы одного и того же элемента строчными буквами греческого алфавита; причём форму, существующую при самых низких температурах, обозначают буквой α, следующую — β и т. д.

13 0С

α-ZnS
Характерна для полупроводниковых соединений

β-ZnS
Характерна для полупроводниковых соединений

Энергетические зоны меди

Плотнейшая упаковка характерна для металлов

Плотнейшая гексагональная упаковка

W, Cr, Mo, Ta

Координационное число –
число атомов (ионов), составляющих ближайшее окружение атома (иона)
(в плотнейшей упаковке – 12;
в кубической объемноцентрированной ячейке – 8 в первой координационной сфере и 6 во второй).
Геометрическая фигура, соединяющая центры этих атомов, – координационный многогранник.

Коэффициент компактности шаровой упаковки

0,22 ra 0,41 ra

анионов – n;
октаэдрических пустот – n;
тетраэдрических пустот – 2n;

Если размер катиона меньше размера октаэдрических пустот, катионы размещаются между анионами не нарушая их плотнейшей упаковки

Сегнетоэлектрики

Пьезоэлектрические материалы
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+

Дефекты в кристаллах
Точечные
Линейные
Дефекты упаковки

Собственные точечные дефекты

Примесные точечные дефекты
Дефект внедрения – атом примеси в междоузлии

Электронные дефекты
Не только примеси, но и любые другие точечные дефекты образуют уровни в запрещенной зоне

Ассоциации
Свойства ассоциации отличаются от суммы свойств простых дефектов, из которых они построены

Закон действующих масс
Константа равновесия характеризует концентрацию дефектов при определенной температуре

Условие электронейтральности:
В соединении АВ (равенство числа узлов):
В равновесии с газовой фазой:

Концентрация дефектов в кристалле обычно соответствует равновесной концентрации при выращивании или термообработке, т.к. при охлаждении равновесие не успевает установиться
Равновесие электронных дефектов успевает устанавливаться

Собственные дефекты
Примесные дефекты
Антиструктурные дефекты (для двух- и более компонентых кристаллов) –
атом A на месте атома B
Краевая дислокация

Линейные дефекты называются дислокации

Модель дислокации в структуре алмаза

Винтовая дислокация

скольжение
Краевые дислокации скользят в направлении приложенного усилия
Переползание дислокаций не связано с механическим воздействием.
Это диффузионный процесс, и происходит он только при высоких температурах.

Винтовые дислокации скользят перпендикулярно приложенному усилию

Для равномерного перемещения дислокаций надо, чтобы энергия связей между частицами была одинакова во всех направлениях

Контур Бюргерса
в совершенном кристалле и кристалле, имеющем линейный дефект
Вектор Бюргерса определяет меру искажения решетки при образовании дислокации (равен вектору сдвига)

Контур Бюргерса вокруг винтовой дислокации
-b

Вектор Бюргерса. Энергия дислокации.
Работа, необходимая для сдвига одной части кристалла относительно другой на b
τ - касательное напряжение сдвига
G – модуль сдвига (сила связи)

Плотность дислокаций
Разомкнутая дислокация не может окончится внутри кристалла
Сумма векторов Бюргерса в узле равна нулю

Зависимость относительного удлинения от нагрузки
1 - область упругих деформаций.
2 – область пластических деформаций. Появление и перемещение дислокаций.
3 – область упрочнения материала. Захват дислокаций на центры, которые не могут перемещаться (кислородные кластеры). Пропадает область 2.
4 – образец разрушается.

Обнаружение дислокаций
ямки травления

дислокационный ряд в Ge (111)

в любом поликристаллическом материале существуют внутренние границы (поверхности), разделяющие соседние зерна

Любые искажения структуры меняют прохождение и отражение рентгеновского луча
Линии рентгенограммы уширяются и искажаются

Дефекты обуславливают свойства материала:
скорость роста кристалла,
скорость растворения,
электропроводность,
механические свойства,
люминесценцию,
окраску

Атомным кластером называется атомное образование (в том числе с участием собственных точечных дефектов кристаллической решетки), вызывающее изменение энергетического состояния составляющих его компонентов и их влияние на фундаментальные свойства полупроводниковой матрицы при сохранении неизменным фазового состояния основного вещества.

Схемы простейших унитарных кластеров
а – д – строение простейших наиболее устойчивых центрально-симметричных кластеров; е – схема искривления окружения асимметричного (удлиненного) менее стабильного кластера (сферы превращаются в подобие эллипсоида, и меньшая кривизна окружения посередине ускоряет его разрыв)

Схемы простейших бинарных кластеров

Рост кристаллов

Рост кристалла

а) кристаллический SiO2 б) аморфный SiO2

Неравномерное поступление вещества к различным частям кристалла

наиболее типичный и широко известный пример скелетного роста
результат прямой конденсации водяных паров на ледяном кристалле, минуя жидкую фазу

Графит, скелетный кристалл 2 мм
США (Gouverneur Talc Company No. 4 Quarry, Diana Township, Lewis Co., New York).
Фото: © John A. Jaszczak, mindat.org/photo-275743.html

Скелетные кристаллы самородного серебра
Скелетные кристаллы льда

Морфология агрегатов, формирующихся при пониженных температурах (значительном пересыщении)