дефект Шоттки
Дефект Шоттки — это возбуждение заселения узлов кристаллической решетки, приводящее к точечным дефектам, названным в честь Уолтера Х. Шоттки . В ионных кристаллах этот дефект образуется, когда противоположно заряженные ионы покидают свои узлы решетки и внедряются, например, на поверхность, создавая противоположно заряженные вакансии . Эти вакансии образуются в стехиометрических единицах для поддержания общего нейтрального заряда в ионном твердом теле.
Определение [ править ]
Дефекты Шоттки состоят из незанятых анионных и катионных позиций в стехиометрическом соотношении. Для простого ионного кристалла типа А − Б + , дефект Шоттки состоит из одной анионной вакансии (A) и одной катионной вакансии (B), или v •
A + v
B в соответствии с обозначениями Крегера–Винка . Для более общего кристалла с формулой A x B y кластер Шоттки образуется из вакансий x в A и вакансий y в B, таким образом, общая стехиометрия и нейтральность заряда сохраняются. Концептуально, дефект Шоттки возникает, если кристалл расширяется на одну элементарную ячейку, пустые места которой заполняются атомами, которые диффундировали из внутреннего пространства, создавая таким образом вакансии в кристалле.
Дефекты Шоттки наблюдаются чаще всего при небольшой разнице в размерах катионов и анионов, составляющих материал.
Иллюстрация [ править ]
Химические уравнения в обозначениях Крёгера–Винка для образования дефектов Шоттки в TiO 2 и BaTiO 3 .
- ∅ ⇌ v
Ти + 2В ••
ТО
- ∅ ⇌ v
Ba + v
Ти + 3В ••
ТО
Схематически это можно проиллюстрировать двумерной схемой кристаллической решетки хлорида натрия :
и дефекты разбавленные Связанные
Вакансии, составляющие дефекты Шоттки, имеют противоположный заряд, поэтому они испытывают взаимное притяжение кулоновской силы . При низкой температуре они могут образовывать связанные кластеры. Степень влияния дефекта Шоттки на решетку зависит от температуры, при этом также можно наблюдать более высокие температуры вокруг катионной вакансии и множественных анионных вакансий. Если рядом с катионной вакансией расположены анионные вакансии, это будет препятствовать смещению энергии катиона.
Связанные кластеры обычно менее подвижны, чем разбавленные аналоги, поскольку для миграции всего кластера требуется согласованное движение нескольких видов. Это имеет важные последствия для многочисленных функциональных керамик, используемых в широком спектре применений, включая ионные проводники , твердооксидные топливные элементы и ядерное топливо . [1]
Примеры [ править ]
Этот тип дефекта обычно наблюдается в высокоионных соединениях , высококоординированных соединениях , а также в тех случаях, когда существует лишь небольшая разница в размерах катионов и анионов, из которых состоит решетка соединения. Типичными солями, в которых наблюдается разупорядочение Шоттки, являются NaCl , KCl , KBr , CsCl и AgBr . [ нужна ссылка ] Для технических применений дефекты Шоттки важны в оксидах со структурой флюорита , таких как CeO 2 , кубический ZrO 2 , UO 2 , ThO 2 и PuO 2 . [ нужна ссылка ]
Влияние на плотность [ править ]
Обычно объем образования вакансии положителен: сжатие решетки за счет напряжений вокруг дефекта не компенсирует расширение кристалла за счет дополнительного числа узлов. Таким образом, плотность твердого кристалла меньше теоретической плотности материала.
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- Киттель, Чарльз (2005). Введение в физику твердого тела (8-е изд.). Уайли. стр. 585–588. ISBN 978-0-471-41526-8 .
- Коваленко М.А., Купряжкин А.Я. «Состояния дефекта Шоттки в диоксиде урана и других кристаллах типа флюорита: исследование молекулярной динамики». Журнал сплавов и соединений, том. 645, нет. 0925-8388, 1 октября 2015 г., стр. 405–413, https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.05.111 . По состоянию на 30 апреля 2024 г.
Примечания [ править ]
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Берр, Пенсильвания; Купер, MWD (15 сентября 2017 г.). «Важность упругих эффектов конечных размеров: нейтральные дефекты в ионных соединениях». Физический обзор B . 96 (9): 094107. arXiv : 1709.02037 . Бибкод : 2017PhRvB..96i4107B . дои : 10.1103/PhysRevB.96.094107 . S2CID 119056949 .