Френкель дефект

В кристаллографии дефект Frenkel является типом точечного дефекта в кристаллических твердых веществах , названным в честь его искателя Якова Френкеля . ^{[ 1 ]} Дефект образуется, когда атом или меньший ион (обычно катион ) оставляет свое место в структуре, создавая вакансию и становится интерстициальным , живя в соседнем месте. ^{[ 2 ]} В элементных системах они в основном генерируются во время облучения частиц , поскольку их энтальпия их образования обычно намного выше, чем для других точечных дефектов, таких как вакансии, и, следовательно, их равновесная концентрация в соответствии с распределением Больцмана ниже предела обнаружения. ^{[ Цитация необходима ]} В ионных кристаллах, которые обычно обладают низким координационным числом или значительным несоответствием в размерах ионов, этот дефект может генерироваться также спонтанно, где меньший ион (обычно катион ) вывихнут. ^{[ Цитация необходима ]} Подобно дефекту Шоттки, дефект Френкеля является стехиометрическим дефектом (не изменяет все стехиометрию соединения). В ионных соединениях вакансия и интерстициальный дефект, связанные с противоположно заряжены, и можно ожидать, что они будут расположены рядом друг с другом из -за электростатического притяжения. Тем не менее, это вряд ли в реальном материале из -за меньшей энтропии такого связанного дефекта или потому, что два дефекта могут рухнуть друг на друга. ^{[ 3 ]} Кроме того, поскольку такие связанные комплексные дефекты являются стехиометрическими, их концентрация не зависит от химических условий. ^{[ 4 ]}

Влияние на плотность

что дефекты Френкеля включают только миграцию ионов в кристалле, общий объем и, следовательно Несмотря на то , Структурное сокращение из -за вакансии, что приводит к снижению плотности. ^{[ Цитация необходима ]}

Примеры

Дефекты Френкеля проявляются в ионных твердых веществах с большой разностью размера между анионом и катионом (с катионом обычно меньше из -за повышенного эффективного ядерного заряда )

Некоторые примеры твердых тел, которые демонстрируют дефекты Френкеля:

сульфид цинка ,
Серебро (i) хлорид ,
серебро (i) бромид (также показывает дефекты Шоттки ),
Серебро (i) йодид .

Они связаны с сравнительно меньшим размером ${\ce {Zn^2+}}$ и ${\ce {Ag+}}$ ионы

Например, рассмотрим структуру, сформированную x ^{n -} и м ^{n +} ионы Предположим, что ион M оставляет сублатис M, оставляя X Sublattice неизменным. Количество образованных интерстиций будет равным количеству образованных вакансий.

Одна форма реакции дефекта Френкеля в MGO с оксидным анионом, покидающим структуру и попадает в интерстициальный сайт, написанный в нотации Kröger - Vink :

Мг ^×
_Mg + o ^×
_O → o ^{⁠ $\prime \prime$ ⁠}
_i + v ^••
_O + Mg ^×
_Мг

Это может быть проиллюстрировано с примером структуры кристаллического хлорида натрия. Диаграммы ниже представляют собой схематические двумерные представления.

Смотрите также

Ссылки

^ Френкель, Яков (1926). «О тепловом движении в фиксированных и жидких телах» [о термическом движении в твердых веществах и жидкостях]. Журнал физики . 35 (8). Springer: 652–669. Bibcode : 1926zphy ... 35..652f . Doi : 10.1007/bf01379812 . S2CID 121391169 .
^ Эшкрофт и Мермин (1976). Твердое состояние химии . Cengage Learning. С. 620 . ISBN 0030839939 .
^ Горай, Прашун; Стеванович, Владан (2020). «Прокомментируйте» понимание внутреннего поведения P-типа и фазовой стабильности термоэлектрического α-MG3SB2 " . ACS применял энергетические материалы . 3 : 106–108. doi : 10.1021/acsaem.9b01918 . S2CID 211212284 .
^ Ананд, Шашват; Торияма, Мишель; Вулвертон, Крис; Снайдер, Джефф (2022). «Конвергентное понимание заряженных дефектов». Счеты исследований материалов . 3 (7): 685–696. doi : 10.1021/accountsmr.2c00044 . S2CID 249932959 .

Дальнейшее чтение

Киттель, Чарльз (2005). Введение в физику твердого состояния (8 -е изд.). Уайли. С. 585–588 . ISBN 0-471-41526-х .

[1] Френкель, Яков (1926). «О тепловом движении в фиксированных и жидких телах» [о термическом движении в твердых веществах и жидкостях]. Журнал физики . 35 (8). Springer: 652–669. Bibcode : 1926zphy ... 35..652f . Doi : 10.1007/bf01379812 . S2CID 121391169 .

[2] Эшкрофт и Мермин (1976). Твердое состояние химии . Cengage Learning. С. 620 . ISBN 0030839939 .

[3] Горай, Прашун; Стеванович, Владан (2020). «Прокомментируйте» понимание внутреннего поведения P-типа и фазовой стабильности термоэлектрического α-MG3SB2 " . ACS применял энергетические материалы . 3 : 106–108. doi : 10.1021/acsaem.9b01918 . S2CID 211212284 .

[4] Ананд, Шашват; Торияма, Мишель; Вулвертон, Крис; Снайдер, Джефф (2022). «Конвергентное понимание заряженных дефектов». Счеты исследований материалов . 3 (7): 685–696. doi : 10.1021/accountsmr.2c00044 . S2CID 249932959 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]