Дефект Шоттки - Schottky defect

Не путать с эффектом Шоттки .

Шоттки дефект представляет собой возбуждение профессий сайта в кристаллической решетке приводит к точечным дефектам имени Walter H. Шоттки . В элементарных кристаллах это относится к простым вакансиям решетки , также называемым валентными дефектами. В ионных кристаллах этот дефект образуется, когда противоположно заряженные ионы покидают свои узлы решетки и встраиваются, например, на поверхность, создавая противоположно заряженные вакансии . Эти вакансии образуются в стехиометрических единицах, чтобы поддерживать общий нейтральный заряд в ионном твердом теле.

Определение

Дефекты Шоттки состоят из незанятых анионных и катионных центров в стехиометрическом соотношении. Для простого ионного кристалла типа A - B + дефект Шоттки состоит из одной анионной вакансии (A) и одной катионной вакансии (B), или v•
А + v
B в соответствии с обозначениями Крёгера – Винка . Для более общего кристалла с формулой A x B y кластер Шоттки формируется из x вакансий A и y вакансий B, таким образом, общая стехиометрия и зарядовая нейтральность сохраняются. По идее, дефект Шоттки возникает, если кристалл расширяется на одну элементарную ячейку, пустые места которой заполнены атомами, которые диффундируют изнутри, создавая таким образом вакансии в кристалле.

Чаще всего дефекты Шоттки наблюдаются при небольшой разнице в размерах между катионами и анионами, составляющими материал.

Иллюстрация

Химические уравнения в обозначениях Крёгера – Винка для образования дефектов Шоттки в TiO 2 и BaTiO 3 .

∅ ⇌ v
Ti + 2 v••
O
∅ ⇌ v
Ба + v
Ti + 3 v••
O

Схематически это можно проиллюстрировать двумерной диаграммой кристаллической решетки хлорида натрия :

Бездефектная структура NaCl
Дефекты Шоттки в структуре NaCl

Связанные и разбавленные дефекты

Три связанные конфигурации дефектов Шоттки в оксиде со структурой флюорита . Сферы представляют собой атомы, кубы представляют собой вакансии.

Вакансии, составляющие дефекты Шоттки, имеют противоположный заряд, поэтому на них действует взаимно притягивающая кулоновская сила . При низкой температуре они могут образовывать связанные кластеры.

Связанные кластеры обычно менее подвижны, чем разбавленные аналоги, так как несколько видов должны двигаться согласованным движением для миграции всего кластера. Это имеет важное значение для множества функциональных керамических материалов, используемых в широком диапазоне применений, включая ионные проводники , твердооксидные топливные элементы и ядерное топливо .

Примеры

Этот тип дефекта обычно наблюдается в высокоионных соединениях , высококоординированных соединениях , и где существует лишь небольшая разница в размерах катионов и анионов, из которых состоит решетка соединения. Типичными солями, в которых наблюдается беспорядок Шоттки, являются NaCl , KCl , KBr , CsCl и AgBr . Для инженерных приложений дефекты Шоттки важны в оксидах со структурой флюорита , таких как CeO 2 , кубический ZrO 2 , UO 2 , ThO 2 и PuO 2 .

Влияние на плотность

Обычно объем образования вакансии положительный: сжатие решетки из-за деформаций вокруг дефекта не компенсирует расширение кристалла из-за дополнительного числа узлов. Таким образом, плотность твердого кристалла меньше теоретической плотности материала.

Смотрите также

Рекомендации

  • Киттель, Чарльз (2005). Введение в физику твердого тела (8-е изд.). Вайли. ISBN 978-0-471-41526-8.

Заметки