017 2

Rys. 2.1. Schemat struktury polikrystalicznej

Odchylenie od periodycznego układu atomów, a więc od położeń o najniższej energii powoduje określony wzrost energii kryształu. A więc defekty budowy krystalicznej są ośrodkiem nagromadzenia energii w kryształach.

Podział defektów w kryształach dokonywany jest na podstawie różnych kryteriów, a głównie w zależności od pola naprężeń defektu, według którego wyróżnia się wady punktowe, liniowe i powierzchniowe. Bazując z kolei na przesłankach termodynamicznych wyróżnić można defekty termodynamiczne trwałe i nietrwałe.

Kolejną grupę stanowią defekty elektronowe (dziury elektronowe lub wolne elektrony przewodnictwa) i fonony przyjmowane jako kwanty drgań sieci krystalicznej.

Drgania cieplne atomów wokół położeń równowagowych w sieci zależą od temperatury,rodzaju i siły wiązań istniejących pomiędzy sąsiednimi atomami. Drgania zaliczane są do zaburzeń w sieci krystalicznej, w wyniku których emitowane są fale sprężyste, zwane fononami. Nie są to typowe atomowe defekty sieci,lecz jedynie zaburzenia, nie zniekształcające jej periodyczności. Są one jednak przyczyną generowania defektów punktowych,takich jak np. przesunięcie atomu do nieobsadzonego węzła. Odgrywają więc ważną rolę w dyfuzji i przemianach fazowych. Dozwolona wartość energii fononu określona jest zależnością:

E_n = ( n + i ) h ł>,    (2.1)

w której n = 0,1,2,..., h - stała Planca, v - częstość drgań.

przeciętna liczba fononów N dla danego sposobu drgań {podłużnego lub poprzcznego) może być wyrażona wzorem Bose-Einsteina:

N.

(2.2)

w którym k - stała Boltzmana, T - temperatura.

Defekty punktowe należą do grupy defektów termodynamicznie odwracalnych. Podzielić je można na następujące grupy:

1)    brak atomu w pozycji przewidzianej budową idealną (wakans, defekt Schottky'ego),

2)    atom w pozycji między węzłami sieci (defekt Frenkla),

3)    atomy domieszek.

Defekt Schottky'ego dotyczy zarówno braku w strukturze kationu, jak też anionu - rys.2.2.

Rys.2.2. wakansy (defekty Schottky'ego) w sieci krystalicznej

Gdy kryształ zbudowany jest z jednowartościowych jonów,liczba wakansów anionowych i kationowych musi być równoważna. Zapewnia to równowagę elektryczną w sieci. Defekt Schottky’ego stanowi więc podwójne zaburzenie sieci, w której wakans kationowy sprzężony jest z anionowym, znajdującym się w innym miejscu sieci.

Kation lub anion przesunięty w pozycję międzywęzłową z poło-tania węzłowego nazywa się defektem Frenkla -rys.2.3.

31