Природа атомных дефектов

ПРИРОДА АТОМНЫХ ДЕФЕКТОВ [c.97]

Природа собственных ионных дефектов в ионных кристаллах в принципе не отличается от природы атомных дефектов в интерметаллических или полупроводниковых соединениях. Основными точечными дефектами в ионных кристаллах являются ионные вакансии и междуузельные ионы, отличающиеся от соответствующих атомных дефектов в неионных кристаллах лишь тем, что в основном энергетическом состоянии они заряжены. [c.131]

В твердом теле имеются обычно и другие дефекты, существенно отличающиеся по своей природе от уже рассмотренных атомных дефектов. Коротко отметим только два из их. [c.67]

Все атомные дефекты, взаимодействуя с электронами проводимости или дырками, в зависимости от их химической природы могут проявлять донорные или акцепторные свойства, аналогичные свойствам примесных атомов. Так, если внешняя электронная оболочка междуузельных атомов заполнена меньше чем наполовину, как в случае электроположительных элементов, атом склонен терять эти электроны, передавая их в зону проводимости кристалла и превращаясь в положительный ион. При этом атом действует как донор. В противном случае междуузельные атомы предпочтительнее превращаются в отрицательные ионы, играя роль акцепторов. [c.41]

Многообразие свойств твердого реагента заставляет предпринимать ряд дополнительных предосторожностей нри кинетических исследованиях. Совокупность свойств твердого образца зависит от способа его приготовления. Например, если образец получен путем разложения, то его реакционная способность может изменяться в зависимости от природы исходной соли. Это явление наблюдается для окиси никеля, полученной из нитрата, гидроокиси, карбоната или ацетата (табл. 2.1). Механическая или термическая обработка, бомбардировка ионизирующими частицами могут изменить число атомных дефектов и дислокаций, а следовательно, и реакционную способность. Иногда значительные отклонения в условиях приготовления приводят к существенным изменениям в свойствах образца. Таким образом, приготовление серии образцов с идентичными свойствами всегда можно рассматривать как удачу, но для этого во всех случаях необходимы значительные усилия. Однако, как об этом уже говорилось выше, для кинетического исследования нужно иметь образцы с хорошей воспроизводимостью свойств. Поэтому следует использовать большое количество твердого вещества, полученного один раз, из которого затем можно приготовить все образцы, необходимые для проведения экспериментов. [c.26]

Однако в поверхностных слоях кристалла условие нейтральности может и не выполняться. Как правило, для кристаллов, находящихся в равновесии с газовой фазой, заряд одного знака концентрируется на поверхности раздела (поверхностные состояния). Этот заряд компенсируется пространственным зарядом внутри твердой фазы, последний состоит из заряженных дефектов (электронов, дырок или заряженных атомных дефектов). Если кристаллы находятся в контакте с другой конденсированной фазой, то пространственный заряд может возникать в любой из фаз, при этом заряд на поверхности будет уменьшаться. При соприкосновении двух кристаллических тел их пространственные заряды будут иметь одну и ту же природу, т. е. каждый заряд будет обусловлен дефектами. К этому типу относится система двух одинаковых кристаллов, находящихся в непосредственном контакте друг с другом и отличающихся только содержанием дефектов. Наиболее важным является случай, когда два несоприкасающихся кристалла характеризуются различным расположением уровня Ферми (переход р-п-типа) 1]. Если кристалл соприкасается с раствором электролита, то пространственный заряд в жидкости состоит из ионов аналогично тому, как это рассматривается в теории Дебая — Хюккеля и в теории коллоидов (ионная атмосфера Гун) [2]. Свойства поверхностного слоя зависят от концентрации образующих его заряженных частиц. При этом большие концентрации обусловливают появление тонких слоев пространственного заряда. Поэтому как для металлов (где пространственный заряд образуют электроны), так и в случае концентрированных электролитов толщина слоя пространственного заряда является чрезвычайно малой, приближающейся к поверхностному заряду на плоскости контакта кристалл — газовая фаза. [c.555]

Каждый изотоп элемента характеризуется порядковым номером (суммарным числом протонов), массовым числом (суммарным числом протонов и нейтронов) и атомной массой (массой атома, выраженной в атомных единицах массы). Поскольку дефект массы при образовании атома очень мал, массовое число обычно совпадает с атомной массой изотопа, округленной до ближайшего целого числа. (Например, атомная масса хлора-37 равна 36,966, что после округления дает 37.) Если в природе встречается несколько изотопов одного элемента, то, разумеется, экспериментально наблюдаемая атомная масса (естественная атомная масса) должна быть равна средневзвешенному значению атомных масс отдельных изотопов. Это средневзвешенное значение определяется соответственно относительному содержанию изотопов в природе. Хлор существует в природе в виде смеси из 75,53% хлора-35 (атомная масса 34,97 а.е.м.) и 24,47% хлора-37 (36,97 а.е.м.), поэтому средневзвешенное значение масс этих изотопов равно [c.19]

Колебания природного изотопного состава у большинства элементов незначительны (менее 0,003 %), поэтому каждый элемент имеет практически постоянную атомную массу. Близость к целым числам атомных масс элементов, представленных в природе одним изотопом, объясняется тем, что вся масса атома заключена в его ядре, а массы составляющих ядро протонов и нейтре-нов близки единице. В то же время значения атомных масс изотопов (кроме С, масса которого принята равной 12,00000) никогда. точно не равны целым числам. Это объясняется рядом причин небольшим отличием относительных масс протона и нейтрона от единицы (соответственно 1,00727663 и 1,0086654), дефектом массы при образовании изотопа из нуклонов и электронов, незначительным вкладом в общую массу атома массы электронов . Масса электрона примерно в 1840 раз меньше массы нуклона. [c.12]

Атомная структура керамических материалов обеспечивает их химическую стойкость к разрушающему воздействию агрессивной окружающей среды, например, растворителей. Поскольку большинство керамических материалов состоит из оксидов, дальнейшее окисление (при горении или других химических реакциях), как правило, невозможно. Керамика - это материал, который сгорел , прокорродировал и, будучи продуктом этих реакций, уже не подвержен разрушению такого типа. Прочность связей между атомами в керамических материалах определяет их высокие температуры плавления, твердость и жесткость. Природа этих же связей определяет и решающий недостаток керамики - ее хрупкость. Поэтому усилия ученых направлены на устранение таких микроскопических дефектов, как поры, агломераты, химические примеси, которые становятся источниками зарождения трещин. Один из способов достижения этого состоит в тщательной очистке и очень тонком размоле исходного порошка и плотной его упаковке перед спеканием, что приводит к получению керамики с предельно мелкими кристаллическими зернами. [c.155]

Однако в реальной природе идеальных (без дефектов) атомных решеток и идеальных электронов (например, обладающих массой пц) не существует. Электроны в реальных атомных структурах обладают эффективными массами, скоростями и соответственно энергиями, присущими лишь данному атому. Их энергии, амплитуды и соответственно скорости принадлежат только этой атомной структуре, имеющей собственное и единственное в природе пространство импульсов. Электроны другого атома имеют другие амплитуды и скорости энергии (принадлежат другому единственному и природе пространству импульсов). [c.77]

Природа дефектов может быть различной и простирается от микроуровня (электронного, атомного) до дефектов в микрообъемах вещества. В зависимости от размера той области неупорядоченности (области искажений решетки), которую занимают те или иные дефекты, их можно классифицировать по чисто геометрическому признаку — размерности дефекта ( размерность — число измерений, по которым дефект имеет макроскопическую протяженность). По этой классификации дефекты кристаллической решетки разделяют на нульмерные (точечные), одно-, двух- и трехмерные. Нульмерные дефекты в первом приближении занимают в кристалле область искажений, соизмеримую по всем направлениям с размером атома или электрона. Одномерные дефекты имеют протяженность, значительно превосходящую размер атомов в каком-либо одном направлении (в других направлениях они нульмерны), двухмерные — в двух и трехмерные — в трех направлениях. [c.66]

При обсуждении механических свойств карбидов мы рассмотрим отдельно упругую и пластическую деформацию, разрушение, механизмы упрочнения и твердость. Упругие свойства твердых тел определяются прежде всего прочностью атомных связей. Если известен тип атомных связей в данном твердом теле, можно предсказать некоторые его характеристики, например модуль упругости, и, наоборот, информация об упругих свойствах помогает лучше понять природу межатомных взаимодействий в твердом теле. Модуль упругости можно также использовать для расчетов величины теоретической прочности материалов (при условии отсутствия несовершенств и дефектов). Чем больше модуль, тем выше теоретическая прочность. Однако часто фактическая прочность твердого тела ограничена из-за движения дислокаций (пластической деформации) или разрушения. Разрушение обычно вызывается небольшими внутренними или поверхностными трещинами или связано с малой подвижностью дислокаций, недостаточной для того, чтобы затормозить распространение трещин. Таким образом, материал может иметь очень высокий модуль упругости, но сравнительно низкую прочность, поскольку пластическая деформация воз.чикает при напряжениях, в тысячу раз меньших, чем теоретический [c.139]

Многие дефекты имеют атомную природу. Это либо структурные, либо химические дефекты они могут включать либо атом, либо атомный узел, либо и то и другое в виде группировки. [c.52]

Природа явления будет выяснена только при исследовании точно контролируемых поверхностей, для которых можно установить истинное значение таких факторов, как ориентация кристалла, природа адсорбированных и перестроенных поверхностных слоев, атомная и ионная подвижность в адсорбированных слоях, различие состава поверхности и объема плавленых катализаторов, наличие и природа объемных и поверхностных дефектов кристалла, электронное состояние твердого тела и т. п. Пока таким способом можно контролировать далеко не все важные катализаторы, но для некоторых из них контроль возможен, и это дает надежду на дальнейший успех. [c.190]

Как и в случае соединений А В , при изменении среднего атомного веса соединения наблюдаются закономерные изменения запрещенной зоны, температуры плавления и ряда других параметров (табл. 10.9). Увеличение ионной составляющей связи (по сравнению с соединениями А В ) проявляется в более низких значениях подвижностей. Из-за более низкого уровня технологии изготовления соединения пока еще нет данных, которые позволили бы охарактеризовать их структурно-чувствительные свойства. Структурно-чувствительные свойства чистых и легированных соединений А В в значительной мере определяются природой и концентрацией точечных дефектов, обусловливающих отклонение от стехиометрии. [c.479]

Итак, для дефектов атомного типа в кристалле точечная группа симметрии всей системы однозначно определяется локальной симметрией той точки, где расположен дефект. Бели есть несколько эквивалентных по симметрии точек (орбита), то любая из них может рассматриваться как точка расположения дефекта, с учетом, однако, физической природы атомов для дефектов замещения. Так, в структуре КаС наличие вакансии в катионном или анионном узле приводит к дефектам раз ного рода, но одинаковой симметрии Он. В структуре алмаза точечный дефект, локализованный в любом из двух атомов в элементарной ячейке, имеет одинаковую природу и симметрию Та- [c.248]

Технически чистые металлы, к которым относятся конструкционные материалы, всегда содержат в структуре примесные атомы внедрения и/или замещения (рис. 2.1, г), являющиеся дефектами не только физической, но и химической природы. Примесные атомы замещения располагаются в узлах кристаллической решетки, замещая атомы основного металла. Примесные атомы внедрения располагаются в междоузлиях кристаллической решетки (рис. 2.1, г). При образовании сплавов атомы внедрения появляются в том случае, если отношение атомных диаметров растворенного и основного металлов цЬ превышает 0,59. [c.25]

Дефекты первого типа обусловлены атомной природой вещества [9, 10]. [c.24]

По содержанию книгу можно разделить на три части. Главы I—III посвящены описанию макроскопических химических свойств кристаллов и методам изучения и регулирования этих свойств. Сюда входят, например, такие вопросы, как очистка материалов, приготовление соединений, используемые методы анализа, способы выращивания кристаллов и обсуждение фазовых равновесий. Во второй части (главы IV—XX) рассматривается атомное строение кристаллов и методы его изучения. Наряду с другими вопросами здесь обсуждается атомная природа дефектов, механизм внедрения атомов примеси и вза- [c.7]

Энергетические уровни дефектов удобно обозначать таким образом, чтобы можно было быстро определить их атомную природу и характер ионизации. При этом возникают некоторые трудности. Дело в том, что положение энергетического уровня определяется энергиями присоединения или отрыва электронов от данного центра. Однако переход электрона на вакантный уровень или удаление электрона при освобождении занятого уровня изменяет состояние ионизации дефекта. Поэтому, строго говоря, один и тот же уровень энергии электрона в занятом и вакантном состояниях следует обозначать различным образом. Например, если занятый уровень нейтрального дефекта А -обозначен А , то тот же вакантный уровень следует обозначить А , где точка указывает на положительный заряд. Если энергетический уровень вновь образовавшегося центра А занят, этот уровень также нужно обозначить А . Необходимость использования различных обозначений для одного и того же уровня (в зависимости от его заполнения электроном) и одного и того же обозначения для разных уровней (а именно для пустого и занятого уровней дефекта в разных состояниях ионизации) вносит определенную путаницу. [c.154]

Радиационные эффекты в твердых телах разделяют на два больших класса преимущественно кристаллографические структурные дефекты и повреждения химической природы. Преобладание того или иного класса повреждений в значительной мере зависит от материала (металл, ионный кристалл, полупроводник и т. д.) и от характера излучения. Облучение тяжелыми частицами (быстрыми нейтронами, продуктами деления, быстрыми протонами и т. д.) может вызывать атомные смещения и химические изменения, тогда как облучение электронами и -у-квантами вызывает главным образом химические изменения. [c.300]

В графитированных углеродах расположение атомов соответствует гексагональной сингонйи. Зародыши кристаллов гексагональной структуры появляются при графитации легко графитирующихся углеродных веществ, начиная с 1500 °С. Естественно, при формировании кристаллитов имеются отклонения от правильного пространственного распределения. Нарушения периодичности пространственной структуры возникают не только в процессе ее формирования, они могут быть созданы искусственно - при закалке, механических воздействиях и т.д. Но какова бы ни была природа атомных дефектов углеродных материалов, все они приводят к деформации пространственного расположения атомов, к изменению межатомных расстояний в различных направлениях, к искажению геомётрии кристаллической решетки. [c.15]

В других случаях насыщение кислородом происходит в области гомогенности данного оксида и природа атомных и электронных дефектов не меняется. В оксидах л-типа увеличение содержания кислорода приближает состав оксида к стехиометрическому, снижая дефектность его структуры и число основных носителей тока. Пример тому — диоксид марганца, состав которого меняется от Мп01,88 до Мп01,95 после продолжительной анодной поляризации 6]. При этом обеднение поверхности оксида носителями заряда приводит к росту потенциала. [c.9]

В заключение следует отметить, что собственное атомное разупорядочение существенным образом влияет на магнитные свойства ферритов и это обстоятельство надо учитывать, когда решается задача получения материала со строго повторяющимися параметрами. В качестве технологического приема, стабилизирующего магнитную индукцию и квадратность термостабильной петли гистерезиса, можно рекомендовать дополнительные к основной термообработке отжиги при температурах 700—800° в течение времени, достаточного для равновесного перераспределения ионов по подрешеткам (продолжительность отжига зависит от природы феррита [35]). Примером поразительного влияния атомных дефектов на магнитные свойства является поведение феррита никеля, резко закаленного с высоких температур и обладающего определенной концентрацией ионов N1 + в Л-узлах решетки (при 1300° в формуле Ы111 1л Реж [Ы1 Ре21л ]04 х=0,9955). Как показали измерения Ройнтона и Робертсона [36] появление N1 + в тетраэдрических узлах шпинельной структуры приводит к изменению анизотропии кристалла и ширины линии ферромагнитного резонанса. [c.270]

Полное и окончательное выяснение природы и изучение ден тального поведения дефектов исключительно сложно. Свойства реального кристалла зависят от всей совокупности различных дефектов, взаимодействующих между собой, и определение парциальных концентраций дефектов различных типов, а также их ассоциатов, трудная задача. К счастью, в некоторых случаях в кристаллах преобладают обычные простые атомные дефекты (вакантные места в рещетке, атомы в междуузлиях, чужеродные атомы) и при математическом анализе результатов экспериментов рассматривать менее значимые дефекты нет необходимости. [c.13]

Следовательно, при наличии незаполненных атомных орбит в металле и, йо льщих значениях ф можно ожидать образования ковалентных связей при адсорбции, при малых значениях ф—образования отрицательно заряженного адсорбированного слоя, при больших величинах ф и отсутствии свободных атомных орбит — вероятно образование положительно заряженного адсорбированного слоя. Величину ф можно регулировать введением соответствуюших примесей она зависит от дефектов структуры и от кристаллических граней решетки. Таким образом, природа адсорбционной связи, адсорбционная способность металлов и величины теплот адсорбции должны существенно зависеть от величины работы выхода электрона, значение которой обусловлено электронной структурой металла. [c.59]

Для иллюстрации дефекта масс просуммируем массы покоя электронов, протонов и нейтронов, например, для изотопа Не. У этого ядра гелия два протона, два нейтрона, а на электронной оболочке атома-4 электрона. Всего получаем 2гпр + 2щ + 4гпе = 2-1,(Ю728 + 2-1,00867 -I-+ 4 0,00055 й 4,0341 (все значения приведены в современных атомных единицах массы, т. е. в углеродных единицах). А на самом деле масса Не равна 4,0026, т.е. отличается от рассчитанной уже во втором знаке после запятой. Теперь не покажется удивительным, что точные массы трех изотопов кислорода в углеродных единицах составляют соответственно 15,9949 16,9991 и 17,9992 и не равны массовым числам, а усредненная масса кислорода, рассчитанная из этих значений с учетом распространенности в природе 0, " О и (99,759 0,037 и 0,204% соответственно), как раз и равна 15,9994. [c.49]

Причина неграфитируемости ряда веществ (коксы полиакрилонитрила, поливинилиденхлорида, целлюлозы) при термообработке до 3000 °С окончательно не выяснена. Полагают, что существенную роль играет характер взаимной ориентации углеродных слоев и кристаллитов, природа связей в боковых цепочках, соединяющих гексагональные слои. Прочные связи препятствуют азимутальному повороту и сближению атомных углеродных слоев в пакетах, а также ликвидации поворотных дефектов в кристаллитах. В результате образуются переходные формы углерода с разной предельной степенью графитизации или вовсе неграфи-тирующаяся форма. Степень графитизации при высокотемп-рной обработке (2800—3000 °С) коксов фенолоальдегидных резитов растет, напр., при замене формальдегида на бензальдегид и фурфурол иди фуриловый спирт, а также с увеличением числа фенольных гидроксильных и, особенно, метильных групп. Благоприятно сказывается на степени графитизации применение давления. [c.476]

С позиций структурного подхода кристалл рассматривается как совершено упорядоченная система неподвижных точек. Динамические аспекты поведения кристалла предполагают учет роли дефектов структуры. К ним относятся в первую очередь поверхностные дефекты наружные грани кристалла, ограничивающие периодичность решетки в пространстве (простые поверхности с низкими индексами, вицинальные поверхности, ориентированные совершенно иначе, чем предыдущие, поверхности произвольной ориентации и т. д.). Кроме того, важное значение имеют внутренние поверхности (трещины, поры, включения), границы блоков, линейные дефекты (краевые дислокации, границы неполных атомных плоскостей, ступени и сколы, винтовые дислокации и их выходы на поверхность) точечные дефекты (вакансии и межузель-ные атомы). Отсюда возникает необходимость знать природу, концентрацию, распределение всех типов дефектов и возможные способы их перемещения по кристаллу [71]. [c.71]

Области использования масс-спектрометрических методов многообразны. С помощью масс-спектрометрии были открыты изотопы, а впоследствии был установлен изотопный состав всех элементов периодической системы, измерены с высокой точностью массы атомов, молекул и их дефекты, исследованы изменения изотопного состава легких элементов, происходящие под влиянием физико-химических процессов в природе, измерен абсолютный возраст геологических образований по накоплению изотопов свинца, стронция и аргона, выявлена тождественность изотопного состава элемента в земных и космических веществах, в отдельных случаях были определены периоды полураспада радиоактивных изотопов. Этн методы сыграли важную роль в становлении технологии искусственного разделения изотопов и степени их обогащения в связи с задачами атомной энергетики. Масс-спектрометрические методы используются в количественном химическом анализе при исследовании много-компонеитных газовых смесей, для определения микросодержания газовых примесей в твердых веществах, а в сочетании с изотопным разбавлением с их помощью удается обнаружить примеси инородных атомов в чистых веществах с высокой чувствительностью и точностью. [c.12]

Процессы ионизации примеси будут описаны с помощью ква-зихимических уравнений, в которые входят условные обозначения природы, местоположения и зарядности атомов примеси. Применение этих уравнений позволяет уточнить условия, при которых-может проявиться электрическая активность примесей, введенных в кристалл полупроводникового материала. Никогда не имеют дело с материалами, содержащими только один вид ионизирующегося дефекта в любом кристалле, очищенном практически до> возможного предела, всегда содержатся как остаточные примес ,, так и термически равновесные точечные дефекты (все атомные и точечные дефекты склонны к ионизации). Поэтому в кристалла полупроводников устанавливаются сложные взаимодействия между всеми заряженными дефектами и носителями зарядов. При этом между полупроводниками, содержащими атомные или то- [c.163]

Необходимо еще упомянуть о другом типе дефектов, происхождение которых обязано атомной природе вещества. Речь идет о нарушениях, возникающих в сплавах с определенным составом (как, например, в сплаве меди с цинком Си2п) при низкой температуре атомы каждого из компонентов регулярно чередуются. По мере повышения температуры возникает некоторая разупорядоченностъ, при которой атомы различных элементов меняются местами. Эти нарушения более локализованы, чем в указанных выше случаях. [c.24]