Добавил:
okley
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:ФТТ 70 каф / Семинары Казанцева / sem3_1_semester_2021
.pdf
Физикà òâåðäîãî òåëà.
Семинар, çàíÿòèå 3
ê.ô.-ì.í. Å.Â. Казанцева
1
ÍÈßÓ ÌÈÔÈ, ã. Москва,
19 марта 2021 ã.
1
Несовершенства â кристаллах
Кристаллографические дефекты
Òепловые êолебания
Òочечные дефекты
Âàêàíñèè
Àòîìû внедрения
F −
центр
Òèïû дислокàöèé. Вектор Бюргерса
Краевая дислокàöèÿ
Винтовая дислокàöèÿ
Литература
Кристаллографические дефекты
Классификàöèÿ кристаллографических дефектов.
1. Òепловые êолебания.
2. Òочечные дефекты:
I
Âàêансии.
I
Àòîìû внедрения.
I
Изолированные âêëþ÷åíèÿ примеси.
3. Линейные дефекты - дислокàöèè.
4. Поверхностные äåôåêòû:
I
Наружная ïîâåðхность òâåðäîãî òåëà.
I
Внутренние поверхности: границы зерен è другиå
внутренние границы.
Òепловые êолебания
Ïðè равновесии потенциальная энергия òâåðäîãî òåëà
минимальна, à ðàññòîÿíèÿ между атомами соответствуют
минимальной энергии. Â èäåàльной решеткå атомы должны
занимать именно òå места, íà êоторых îíè закреплены. Ñèëû,
óäåðживающие àòîìû â узлах решетки, очень ìàëû, поэтому
äàæå тепловой энергии самих атомов достаточно, чтобы атомы
сместились èç своего ðàâíîâåñíîãî ïîëîæåíèÿ. Ïðè обычных
температурах величина смещения составляет 5-10 процентов
ìåæàòомного расстоÿíèÿ.
Ðèñ.: Зависимость ïîòåíöиальной энергии атома îò ìåæатомного
расстоÿíèÿ.
Òî÷å÷íûå дефекты
Òочечными называютсÿ дефекты, представляющие собой
нарушения â изолированных äðóã îò друга узлах
пространственной решетки. Âàêансии - óçëû решетки, â
êîòîðûõ íåò атомов. Àòîìû внедрения - лишние àòîìû,
поместившиесÿ â промежуткàõ между атомами, íàõîдящимисÿ
â узлах периодическîé кристаллическîé ðåøåòêè. Примеси -
атомы другогî вещества, íàõîдящиесÿ â êðисталлическîé
решеткå îñíîвного вещества. Ðазмеры точечных дефектов
приблизительно равны ìåæатомному расстоÿíèþ.
Âàêàíñèè
Относительная âåðîятность пребывания атома â состоÿíèè ñ
энергией, превышающей энергию основного состоÿíèÿ íà
величину ýíåðãèè образования âàêансии
 кристалле, ñîäåðæàùåìNатомных узлов, êоличество
E
vac
, равна
exp(−
E
vac
kBT
)
.
âàêансий
n
vac
= Ne
n
ïðè температуреTопределяетсÿ ôîðìóëîé
vac
E
vac
−
kBT
.
(à) (á)
Ðèñ.: Âàêансия (à). Ñõåìà образования âàêансии â двухмеðíîé
кубическîé структуре (á).
Например, энергия образования âàêансии â алюминии
составляет
зависимости функции
0, 75
ýÂ. Òàêàÿ величина получаетсÿ èç графикà
ln(n
/N)îò1/(kBT )
vac
êàê
отрицательное çíàчение êоэффициента наклона линейной
части графикà. Ïðè температуре плавления (
T = 660◦C
) íà
êаждую òûñÿ÷ó атомоâ алюминия ïðèõîäèòñÿ îäíà âàêансия, à
ïðè êомнатной температуре - îäíà âàêансия íà
1012атомов.
Àòîìû внедрения
Àòîìû внедрения - ýòî избыточные атомы, проникшие â
кристаллическую решетку, íî íå занимающие åå узлов. Ýòè
дефекты могут áûòü атомами внедрения òàêîãî æå òèïà, êàê â
узлах ðåãóлярной решетки, èëè àòîìàìè внедрения другого
òèïà (примесными атомаìè).
(à) (á)
Ðèñ.: Àòîìû внедрения. Ðèñ. (à) - ìåæäоузельный àòîì â решеткå
атомов, ðèñ. (á) - примесный àòîì â решеткå атомов.
 êðèñòàëëå, ñîäåðæàùåìNатомных узлов, êоличеñòâî атомов
внедрения
ni= aNe
niïðè температуреTопределяетсÿ ôîðìóëîé
E
i
−
kBT
, ãäå
Ei- энергия образования внедрåíèÿ,a-
небольшое целое число, êоторое õарактеризуåò êоличеñòâî
îдинакîâûõ междоузлий íà îäèí àòîì решетки. Ýíергия
образования дефекта ïî Френкåëþ примерно равна сумме
энергий образования âàêансии è внедрения.
(à) (á)
Ðèñ.: Íà ðèñ.(à) â ðåçóëüòàòå перехîäà атома ñ поверхности â объем
кристалла возникàåò àòîì внедрения, занимающий место â îäíîì èç
междоузлий. Ðèñ.(á) - ïîявление атома âíåдрения îдновременно ñ
âàêансией ïðè óõîäå àòîìà èç óçëà решетки - дефекò ïî Френкåëþ.
Соседние файлы в папке Семинары Казанцева