Строение и дефекты твердых тел

Кристаллическая решетка - присущее кристаллическому состоянию вещества регулярное расположение частиц (атомов, ионов, молекул), которое характеризуется периодической повторяемостью в трех измерениях. Полное описание кристаллической решетки дается пространственной группой, параметрами элементарной ячейки и координатами атомов внутри этой ячейки. Наиболее высоким как ближним, так и дальним порядком расположения частиц обладают вещества, находящиеся в твердом состоянии. Например, полимеры, стекла и т. д.

К дефектам кристаллической решетки относятся любые воздействия, нарушающие периодичность электростатического поля этой решетки. К ним относятся нарушения стехиометрического состояния вещества (положительный ион попадает в междоузлие), наличие посторонних примесей, механически напряженных участков структуры, а также дополнительных кристаллографических плоскостей, например, дислокаций, трещин, пор и т.п. Дефекты кристаллической решетки приводят к появлению у вещества новых физических свойств. Таким образом получают разные материалы, применяемые в люминесцентной технике (светящиеся краски, кристаллофосфоры для осветительных целей, оптические преобразователи и т.п.). По своей природе дефекты могут быть:

- тепловыми;

- «биографическими», обусловленными технологией изготовления вещества.

Классификация веществ по электрическим свойствам

Вещества классифицируются по электрическим свойствам на:

диэлектрики;

• проводники;

• полупроводники.

Различие между ними удобно показать с помощью энергетических диаграмм зонной теории строения твердых тел.

Рисунок 5 – Энергетические диаграммы диэлектриков (а), полупроводников (б) и проводников (в) при нуле Кельвина в соответствии с зонной теорией твердого тела

1 – заполненная электронами зона (валентная зона); 2 – запрещенная зона; 3 – зона свободных энергетических уровней (свободная зона или зона проводимости)

Диэлектрики – материалы, обладающие широкой запрещенной зоной, которая не может быть преодолена электронами при обычных условиях. Они применяются для создания электрической изоляции между токоведущими частями, имеющими разный электрический потенциал и для создания электрической емкости. На электрических схемах замещения, как правило, представляются в виде конденсатора определенной емкости С или активно-емкостной нагрузки R-C, соединенной последовательно либо параллельно.

Полупроводники – материалы, которые имеют узкую запрещенную зону, преодолеваемую электронами за счет незначительных внешних энергетических воздействий (электрическое поле, магнитное поле, свет, сила и т.п.). Полупроводниковые материалы применяются для изготовления полупроводниковых приборов (диодов, транзисторов, терморезисторов и т.п.). На электрических схемах замещения часто представляются как диоды VD или транзисторы VT.

Проводники – материалы, у которых запрещенная зона отсутствует, а валентная зона вплотную прилегает к зоне проводимости или даже перекрывается этой зоной. Проводниковые материалы используются для изготовления токоведущих частей электрических машин и установок. На электрических схемах замещения представляются в виде катушки индуктивности L или активно-индуктивной нагрузки R-L, соединенной последовательно.