Дефекты в кристаллах и движение

В кристаллической решетке дефекты обычно не остаются на месте, они перемещаются в результате разности их концентраций АС, температуры ДГ, теплового движения, напряжения и т. д. Из кристалла дефекты переносятся на его поверхность, и наоборот, внутри кристалла за счет окружающей среды их число может возрастать. При наличии дефектов в кристаллах происходит массоперенос, перемещающиеся дефекты обусловливают движение атомов в кристаллической решетке и дырочную электропроводность в полупроводниках. Скорость движения точечных дефектов сильно зависит от температуры, однако при нормальных условиях она имеет значение 10 см/с. В природных кристаллах заметного движения макродефектов — двойниковых швов, границ раздела макроблоков, залеченных трещин — не отмечено. [c.26]

В твердой фазе находятся только кристаллические тела. В этом случае центры тяжести молекул под влиянием теплового движения непрерывно колеблются относительно фиксированных узлов кристаллической решетки, находящихся друг от друга на определенных расстояниях, называемых периодами идентичности. Наименьший повторяющийся строительный кирпичик решетки, параметры которого описывают взаимное расположение молекул, их упаковку, называется элементарной ячейкой. Так как молекулы чаще встречаются в некоторых избранных положениях, чем в других, свойства кристалла не будут одинаковыми во всех точках—кристаллическая фаза будет анизотропной. При этом различают однородную анизотропию, когда зависимость физических свойств от направления одна и та же для любой точки, и местную, или неоднородную, возникающую на границе раздела фаз, у дефектов кристалла и т. д. [c.426]

Низкотемпературный релаксационный максимум для полиэтилена обнаруживается приблизительно в той же области температур, что и для исследуемых сополимеров. Механизм этого процесса связывается с ограничениями вращательного движения последовательности из нескольких метиленовых групп как в аморфных, так и в кристаллических областях полимера [13]. Предполагается, что процесс релаксации в кристаллических областях связан с локальными движениями в местах дефектов кристалла, образованных присутствием концов цепей в кристалли- [c.125]

Сопоставляя энергию активации миграции дефекта /о с параметром графика на рис. 65, следует помнить условность последнего. Существование функции Е = Е (х) предполагает, что в процессе перемещения дефекта кристалл успевает прийти в равновесное состояние, характеризующееся определенным значением координаты дефекта х. Таким образом, энергия Е может считаться функцией только координаты х, если движение дефекта в процессе перехода между позициями Хо и XI происходит достаточно медленно. Когда условие медленности не выполняется, то график на рис. 65 для функции одной переменной х теряет смысл. При этом формула (П.1) остается справедливой, но энергия активации и о приобретает смысл независимого диффузионного параметра, определяющего энергию седловой точки в некотором многомерном пространстве конфигураций атомов кристаллической решетки вблизи дефекта. [c.197]

Э. и. Адирович [107] рассмотрел поведение электронов в области дефектов структуры ионного кристалла, представляющих собой вакантные анионные узлы (модель Р-центра). В этой модели дефекта Э. И. Адирович заменяет ближайшие к пустому узлу положительные и отрицательные ионы сферическим электрическим двойным слоем, способным осциллировать вблизи некоторого равновесного радиуса. На основе такой модели были рассмотрены энергетические состояния электрона в области дефекта, влияние движения соседних с дефектом структуры ионов на эти состояния, безызлучательные переходы электрона в области дефекта. Модель позволяет качественно выяснить ряд важных вопросов взаимодействия электрона с решеткой. [c.46]

Поскольку при локализованных электронных дефектах их движение по кристаллу происходит по прыжковому механизму и требует энергии активации, теплоты переноса и можно интерпретировать таким же образом, как и для ионных проводников (см. раздел 6.2). Поэтому в первом приближении Q -и Q + являются параметрами, постоянными для данного вещества. [c.265]

В кристалле с дефектами Френкеля движение электрических зарядов может происходить либо путем перескока междуузельных ионов из одного междуузлия в другое (механизм Я. И. Френкеля), либо путе.м вытеснения междуузельным ионом нормального иона в следующее междуузлие (механизм Вагнера). [c.101]

При повышении температуры сдерживающее влияние сил молекулярных взаимодействий уменьшается в результате термического расширения до тех пор, пока молекулы не будут удалены друг от друга настолько, что энергия решетки станет сравнима с энергией теплового движения. После этого наступает катастрофическое увеличение количества групп, способных к свободному вращению. Дальний порядок нарушается, и образец плавится. Предполагают, что в непосредственной близости от дефектов интенсивность движения отличается от интенсивности движения в совершенном кристалле и во многих случаях оказывается выше, инициируя таким образом более интенсивное движение соседних молекул при данной температуре. [c.19]

В солях, для которых характерна ионная решетка, все электроны прочно удерживаются в стабильных электронных оболочках ионов, и поэтому чистые соли, как правило, хорошие изоляторы. В решетке же металлов всегда присутствует много свободных хаотически двигающихся электронов, пробег которых ограничен только дефектами кристалла и тепловыми колебаниями атомов. В электрическом поле часть этих электронов рассеивается в результате теплового движения, а другая часть начинает перемещаться в определенном направлении, в результате чего образуется электроток. Этим объясняется электропроводность металлов, которая повышается с понижением температуры, так как при этом меньшее количество электронов рассеивается из-за теплового движения. Вблизи абсолютного нуля появляется сверхпроводимость, т. е. сопротивление металла снижается до нуля. [c.44]

Будучи квази-частицей, полярон может перемещаться по кристаллу. Скорость его движения ограничена инерционностью ионной поляризации, которая должна успевать следовать за электроном. Если кристалл не идеален, то полярон, подобно отрицательному электрическому заряду, устремится в места, где имеется потенциальная яма, или в места с повышенной поляризуемостью и закрепится в энергетически наиболее выгодном положении вблизи дефекта кристалла. В том случае, если дефектом кристалла, вблизи которого локализуется в конечном счете электрон, является отсутствие отрицательного иона в соответствующем узле кристаллической решетки, возникающее образование носит название -центра. Потенциал, связанный с дефектом, определяется выражением [c.23]

Молекулярные движения, ответственные за а-процесс, достаточно хорошо не поняты. Однако, по-видимому, для этих процессов требуется наличие кристалличности. Не решено, находятся ли сегменты цепи, участвующие в этом процессе, по границам зерен, в дефектах кристалла или в самом кристалле. [c.351]

Основная сложность при анализе этих переходов состоит в том, что их проявление и разрешение сильно зависят от метода исследования. Наиболее часто они регистрируются методами механических и диэлектрических потерь в виде дискретных пиков на зависимости тангенса угла потерь от температуры. Полагают, что их появление в стеклообразных полимерах связано с развитием молекулярных движений и прежде всего с размораживанием движений боковых групп и небольших последовательностей в основной цепи. Б кристаллических полимерах дополнительными механизмами, приводящими к появлению мультиплетных пиков потерь, могут являться движения дефектов в кристаллах, движения в молекулярных складках или движения концевых групп на поверхности кристалла, а также переход из одной решетки в другую. [c.130]

Ограничимся одним классическим примером. Хорошо известно, что монокристалл в буквальном смысле этого понятия — фикция это нечто бесконечное в трех направлениях и лишенное дефектов. Реальный кристалл, помимо того что его размеры всегда ограничены, обязательно содержит дефекты (вакансии, или дырки, атомы или ионы в междоузлиях и т. п.), порожденные тепловым движением. В свою очередь, эти дефекты подвижны — уже в обычном смысле слова, — и тепловое движение в реальных кристаллах с равным успехом можно описывать в терминах движения атомов (молекул, ионов) или же дефектов [18, гл. I]. При любой отличной от абсолютного нуля температуре дефектный кристалл равновесен это доказывается тем, что для исправления его решетки, т. е. ликвидации дырок, к нему необходимо приложить огромное внешнее давление. [c.25]

Нарушения периодичности структуры проявляются в особенностях картины рассеяния (сателлиты, диффузный фон и др.). Анализ этих особенностей позволяет определить как динамические нарушения, обусловленные тепловым движением частиц кристалла, так и тип и распределение статических дефектов кристаллической структуры (точечные дефекты, дислокации и т. д.). Динамические и статические нарушения структуры влияют на все физические свойства твердых тел, в наибольшей мере сказываясь на транспортных свойствах кристаллов, связанных с переносом электричества, тепла или массы, включая пластичность и прочность. Так, коэффициент диффузии в одном и том же веществе может меняться на 10 порядков. [c.15]

Можно указать две основные причины возникновения дефектов в кристаллах. Первая обусловлена тепловым движением частиц, формирующих кристалл. С повышением температуры твердого тела энергия такого движения растет, поэтому возрастает и вероятность образования подобного рода дефектов, обычно называемых собственными или тепловыми. Другой вид дефектов связан с наличием в структуре вещества тех или иных примесей. Вообще говоря, абсолютно химически чистых веществ не существует. Однако влияние примесей на свойства вещества может быть незначительным, и тогда их присутствием пренебрегают. Когда присутствующие примеси существенно изменяют свойства твердого тела, говорят о дефектах химического состава кристалла или примесных дефектах. [c.87]

Смещение вдоль плоскости скольжения происходит не в результате одновременного движения всего слоя атомов относительно прилегающего слоя. Атомы движутся иначе — по одному. Допустим, что имеется дефект в структуре — недостает одного атома. Атом с одной стороны этого дефекта, называемого дислокацией, передвигается, чтобы занять свободное место, и покидает то место, где он находился раиьше таким образом, дислокация перемещается в направлении, противоположном движению атомов. Если дислокация передвигается вдоль всего зерна кристалла, то смещается весь ряд атомов и нижняя часть кристалла проскальзывает на расстояние, равное диаметру одного атома, в направлении деформации. Описание некоторых видов дефектов кристаллов дано ниже. [c.508]

Диэлектрические свойства льда 1 были объяснены Бьерру-мом (1952) и Гренишаром (1957) с помощью ориентационных дефектов кристалла. Гренишар объяснил и анизотропию диэлектрической постоянной кристалла разницей в механизме движения ориентационного дефекта по кристаллу в направлении оси Сив перпендикулярном направлении. [c.59]

Релаксационные процессы в кристаллической фазе. Они могут быть двух типов 1) включающие кооперативные движения молекулярных цепей по длине кристаллита и зависящие от толщины ламелей и 2) связанные с дефектами кристаллов, например, концевыми группами, а также движениями цепей. [c.166]

Лаусон и др. [7], исследовавшие низкотемпературную диснерсию в полипирролндоне [найлон-4], предположили, что водородные связи в амидных группах молекулы полиамидов могут участвовать в распространении релаксации вдоль главной цепи полимера. На этом основании они пришли к выводу о том, что низкотемпературная у-релаксация, связанная с движением метиленовых групп, может иметь место в линейных полимерах, если в цепи содержится последовательность, состоящая не менее чем из трех метиленовых групп. Позднее Гоффман и др. [8] предположили, что у-релаксационный максимум в полиэтилене и полихлортрифторэтилене обусловлен наличием двух независимых релаксационных механизмов, один из которых (ус) был отнесен к движению концов полимерных цепей в дефектах кристаллов, а другой (уа) к движению в аморфных областях. Это предположение можно использовать для объяснения экспериментальных данных, полученных при изучении [c.159]

Если во всех приведенных в табл. 3 случаях высокая симметрия обусловлена заторможенным вращением, то параметры решетки должны быть таковы, чтобы подобное вращение допускалось. При этом предъявляются определенные требования к геометрии, а именно чтобы молекулы при вращении не мешали друг другу. В табл. 4 сравниваются постоянные решетки кристаллов с величинами, которые оценены для случая, когда могло бы осуществляться сравнительно свободное вращение в кристалле. Во второй колонке табл. 4 приведены значения d ryst — расстояния между центрами молекул в кристаллах, а в третьей колонке — приближенно рассчитанные диаметры Ьтах вращающихся молекул. В каждом случае форма молекулы выбиралась для расчета таким образом, чтобы Dmax был наименьшим. Выбранная для расчета Dmax форма молекулы указана в последней колонке таблицы. Очевидно, что ни у одного из соединений в кристалле нет достаточного (в среднем) пространства для сравнительно свободного вращения молекул. В случае циклогексана наиболее предпочтительной была бы форма ванны, однако устойчивой формой является кресло. Таким образом, всякое вращение в кристалле может происходить только за счет некоторой кооперации. Таким кооперативным движением является движение центров тяжести молекул к дефектам кристалла, причем для текучести, о которой говорилось выше, последних должно быть много. [c.482]

Что касается 7 -релаксадии, Хофман, Вильямс и Пасаглиа [23] предложили количественную модель, включающую в себя движение молекулы вблизи дефекта кристалла. В качестве такого дефекта они предложили конец цепи, расположенный внутри кристалла. Близость конца цепи приводит к полвлению области низкоэнергетической релаксации, которая простирается на различные по длине участки полимерных молекул в соответствии с положением дефекта относительно поверхностей ламелей. Это разнообразие длин участков молекул должно, естественно, дать широкий спектр времен релаксации. [c.400]

Энергетические дефекты проявляются в виде фононов , являющихся результатом тепловых движений в кристалле. Колебания атомов в твердом теле можно рассматривать как совокупность акустических волн с частотами от 10 до 10 Гц. К энергетическим дефектам кристаллов относятся временные несоверщенства решетки— возбужденные состояния, вызванные действием радиации (света, рентгеновского или у-излучения, а-излучения, потока нейтронов). [c.465]

По мнению ряда исследователей [306, 307], в основе механизма радиационной твердофазной полимеризации лежит процесс безызлучательного перехода в области протяженных дефектов кристалла экситонов в фононы. При этом энергия электронного возбуждения переходит в энергию движения молекул, находящихся вблизи дислокаций, что способствует возникновению полимерной цепи. Некоторым подтверждением подобного механизма являются опыты по полимеризации метакриловой кислоты в кристаллическом состоянии [308]. При облучении ее кристаллов длинноволновым УФ-излучением наблюдалось ускорение реакции полимеризации. Явление было объяснено образованием фононов из экситонов при встрече последних с дефектом решетки. Длину света выбирали так, чтобы исключить возможность образования радикалов. , [c.77]

ДНИ смешения компонентов. Быстрая массовая кристаллизация приводит к возникновению многочисленных дефектов кристаллов, в том числе и дислокаций, взаимодействующих друг с другом с образованием сложной пространственной системы дислокационных стволов. Последние являются артериями для внутри-блочной диффузии ионов, при гидратации которых на поверхности кристаллов появляются водно-солевые комплексы (ВСК) (см. главы 4 и 5)i В процессе сушки они частично диссоциируют таким образом, что вода выделяется в полости пространственных дефектов гранулы, а дегидратированные ионы участвуют в залечивании отдельных дефектов кристаллической структуры. Эти процессы, а также движение дислокаций под действием упругих сил, возникающих в гранулах при их формировании и высушивании, протекают сравнительно медленно. Поэтому время супгки гранулированного продукта определяется не столько продолжительностью удаления влаги из продукта, сколько временем его дозревания , сущность которого заключается в протекании указанных кристаллизационных процессов. Окончательное завершение их происходит и на последующих стадиях технологического процесса, а также на складе готовой продукции в течение примерно 1,5—2 сут. [c.36]

Перенос энергии посредством миграции экситонов может происходить только в изолирующих или полупроводниковых кристаллических телах. К таким телам относятся. молекулярные и ионные кристаллы, керамика, большая часть полимеров, полупроводники и пр. Экситонами называют возбужденные электронные состояния в кристаллах. В принципе экситон представляет собой пару электрон — дырка. Эта связанная пара — электрон в полосе проводимости и дырка в валентной полосе — как одно целое может двигаться через кристалл. Движение экситона через кристалл можпо представить себе как ряд рекомбинаций электронов и дырок с последующим поглощением освобожденной энергии. Возбужденная молекула окружена другими молекулами, которые способны воспринимать и переизлучать энергию возбуждения. Экситон мигрирует сквозь кристалл до тех пор, пока не произойдет взаимодействие с фонопами (рассеяние на фопонах) или атомами примесей, с дислокациями или точечными дефектами, которое приведет к потере энергии возбуждения. После этого экситон может быть локализован и захвачен ловушкой. Энергия экситона растрачивается на флуоресценцию или иногда на химические превращения молекул ловушки. Роль экситонов в процессах, происходящих в неорга- [c.311]

Если рассматривать в качестве гипотетической исходной модели твердого тела идеальный кристалл, находящийся при температуре абсолютного нуля, то все образующие его частицы будут занимать вполне определенные места, образуя правильную кристаллическую решетку. При повышении температуры, в результате теплового движения частиц, этот порядок нарушается. Часть частиц может покинуть свои места в узлах решетки (образуются вакантные узлы) и занять положение в междууз-лиях ( дефекты по Френкелю ). В некоторых случаях частица может покинуть положение в междуузлии и выйти на поверхность в этом случае в решетке образуются только вакантные места ( дефекты по Шоттки ). При данной температуре Г число п дефектов данного вида, находящихся в термодинамическом равновесии с кристаллической фазой, будет определяться выражением [c.339]

Точечлые дефекты возникают по разным причинам, в том числе и в результате теплового движения частиц. Вакансии (а также дефекты внедрения) могут перемешаться по кристаллу — в пустоту попадает соседний атом, его место освобождается и т. д. Перемещением вакансий объясняется диффузия в твердых телах и ионная проводимость кристаллов солей и оксидов, которые становятся заметными при высоких температурах. [c.152]

Последующее молекулярное описание одноосного деформирования неориентированного частично кристаллического полиэтилена характеризует пластическую деформацию волокон, образующих термопласты со сферолитной структурой. Оно может служить иллюстрацией большого разнообразия механизмов деформирования. При деформациях менее 1 % выявляют анизотропные упругие свойства кристаллов (орторомбического) полиэтилена [57] и аморфного материала [53]. При тех же самых условиях имеют место неупругие деформации СНг-групп и сегментов цепей, которые обусловливают низкотемпературные Р-, у- и б-релаксационные механизмы [10, 56]. При больших деформациях (1—5%) происходит дополнительное изменение сегментов цепи, их относительного положения и конформационные изменения (поворот связей). Подробное исследование поведения цепей в аморфных областях было выполнено Петракконе и др. [53]. В кристаллических областях под действием деформаций такого же порядка возникают дислокации и дислокационные сетки (наблюдаемые в ламеллярных кристаллах в виде муаровых узоров). В зависимости от условий внешнего нагружения и типа дислокаций их движение вызывает пластическую деформацию кристалла путем двойникования, смещения плоскостей или фазового перехода орторомбической ячейки в моноклинную. Обширный обзор деформирования полимерных монокристаллов был дан Зауэром и др. [57] и в книге Вундерлиха [3]. Детальный расчет вклада различных структурных элементов и дефектов в деформирование частично-кристаллических полимеров можно найти во многих статьях, из которых здесь приводятся только некоторые [47—62]. Хотя упомянутые выше эффекты обусловливают нелинейность зависимости напряжение—деформация, первоначально существовавшая надмолекулярная организация все еще сохраняется. Подобная деформация называется однородной. [c.41]

Образо11ание тонких слоев этих соединений на поверхности металла вызывает яоявленне цветов побежалости, увеличение толщины слоя продуктов реакции лриводит к окалине. Стадии этого довольно сложного процесса включают адсорбцию газа на поверхности, реакции на поверхности раздела, фаз, образование зародышей кристаллов, образование поверхностного слоя и про-дессы диффузии подвижных частиц сквозь этот слой в обоих направлениях. Это движение обусловлено уменьшением концентрации реагирующих частиц на поверхности и возникшим вследствие этого градиентом концентрации диффундирующих по ионным вакансиям катионов металла (например, Си+) и одновременным движением дефектов электронов (дырок) (например, Си +) к поверхности раздела твердых фаз. На поверхности протекает окислительно-восстановительная реакция с образованием нового твердого вещества. Для системы Си/Оа происходит, например, образование оксида меди(1) [c.436]

Реальные кристаллы. Рассмотренные закономерности формирования идеальных кристаллических веществ позволяют объяснить м1 огие свойства реальных кристаллов, с которыми обычно приходится иметь дело в практике. В реальных твердых телах могут наблюдаться самые разнообразные искажения строгой периодичности, структурные нарушения, которые получили название дефектов (несовершенств). К одному из видов дефектов можно отнести и наличие в структуре вещества примесных химических включений. Другую разновидность дефектов в кристаллах порождает нарушение теплового движения частиц. С повышением температуры твердого тела энергия движения частиц, формирующих кристалл, растет, поэтому и вероятность образования тепловых (собственных) дефектов возрастает. Та или иная частица, приобретая повышенный запас энергии, может покидать узлы кристаллической решетки, тогда образуется точечный дефект. Возможно в конечном Итоге нарушение стехиометрии исходного вещества с образованием ряда новых, близких по стехиометрическому составу химических соединений. [c.141]

Точечные дефекты возникают по разным причинам, в том чнсле и в результате теплового движения частиц. Вакансии (а также дефекты внедрения) могут перемещаться ио кристаллу — в пустоту попадает [c.263]

Многие кристаллы проявляют ионную проводимость при повышенных температурах, когда вследствие усиления теплового движения происходит интенсивное перемещение дефектов решетки (см. стр. 263). При наложении электрического поля это движение становится упоря- [c.270]

Наличие дислокаций и плоских дефектов в реальных кристаллах сильно сказывается на механических свойствах твердых тел. Однако это отнюдь не означает, что монокристаллы вещества по прочности всегда будут превосходить его поликристаллические конгломераты. Все будет зависеть от степени взаимодействия дислокаций и плоских дефектов с другими дефектами твердого тела. Так, монокристаллы чистого железа очень пластичны, в то время как стали, имеющие блоч-. ную структуру, проявляют прочность в сотни раз большую за счет взаимодействия дислокаций с примесными дефектами. Междоузель-ные примесные дефекты, как правило, затрудняют движение дислокаций, осложняя механическую обработку металлов. В связи с этим при механической обработке высокопрочных металлов, таких, как титан, молибден, бериллий, вольфрам, обычно проводят их тщательную очистку от примесей азота и кислорода. [c.91]

У кристаллов такими местами являются узлы правильной кристаллической решетки, образующей дальний порядок. Тепловое движение выражается в хаотических колебаниях частичек (молекул, атомов или ионов) около узлов решетки — положений равновесия. Некоторая небольшая доля частичек срывается время от времени со своих узлов, образуя дырки — тепловые дефекты или, наоборот, местные уплотнения в виде отдельных атомов в междуузлиях. Такая тепловая дефектность кристалла усиливается с повышением температуры до точки плавления, прн которой энергия теплового движения оказывается достаточной, чтобы разрушить кристаллическую решетку, т. е. нару шить дальний порядок, сорвав частички с их положений равновесия Эти тепловые дефекты, как и дефекты различного размера, не зави сящие от температуры и усиливающиеся под действием напряжений приводящих к разрыву, не мешают образованию правильной коли [c.174]

Нарушения идеальной структуры даже в самых мелких кристалликах возникают, главным образом, в результате тепловых колебаний, которые совершают частицы, находящиеся в узлах решетки. При таких колебаниях они смещаются из положений равновесия довольно значительно, особенно при высоких температурах. В некоторых случаях колебания столь велики, что частицы выходят из узлов решетки в междуузлия — так называемые дефекты Френкеля (рис. XIII.За). В других случаях частицы вовсе покидают кристалл (например, испаряются или выходят на поверхность), тогда в решетке остаются пустоты или вакансии, которые называются дефектами Шоттки (рис. XIII.36). И те и другие дефекты участвуют в тепловом движении и поэтому перемещаются внутри кристалла. Естественно, что присутствие дефектов облегчает диффузию примесей в кристаллах. Атомы примесей совершают скачки из одного узла решетки в другой. Такие скачки облегчаются, если возникают промежуточные незанятые узлы или между-узельные вакансии. [c.166]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология