인터스티셜 결함

Interstitial defect
간극 원자(파란색)는 더 큰 원자 격자(빨간색) 내의 일부 공간을 차지합니다.

간질결함이란 동일하거나 다른 유형의 원자가 결정구조에서 통상적으로 점유되지 않은 부위를 차지하는 점결정학적 결함의 일종이다.원자가 이미 존재하는 원자와 동일한 유형일 경우 자가 간극 결함으로 알려져 있습니다.또는 일부 결정의 작은 원자가 팔라듐의 수소와 같은 간질 부위를 차지할 수 있다.인터스티셜은 해당 결정의 변위역치 이상의 에너지를 가진 소립자를 결정체에 충격함으로써 생성될 수 있지만 열역학 평형상태에서 소농도로 존재할 수도 있다.중간 결점의 존재는 물질의 물리적 및 화학적 특성을 변경할 수 있습니다.

역사

간질성 화합물의 개념은 1930년대 말에 시작되었고 그것들은 종종 [1]Hegg의 이름을 따서 Hagg 단계로 불린다.전이 금속은 일반적으로 육각형 밀착형 또는 면 중심의 입방체 구조 중 하나로 결정되며, 두 구조 모두 육각형 밀착형 원자의 층으로 구성되어 있다고 볼 수 있습니다.이 두 개의 매우 유사한 격자에는 두 가지 종류의 틈새 또는 구멍이 있습니다.

  • 금속 원자당 2개의 사면체 구멍, 즉 4개의 금속 원자 사이에 있는 구멍
  • 금속 원자당 하나의 팔면체 구멍, 즉 6개의 금속 원자 사이에 있는 구멍

초기 근로자들은 다음과 같이 제안했다.

  • 금속 격자는 비교적 간질 원자의 영향을 받지 않았다
  • 전기 전도율은 순수한 금속과 견줄 만했다
  • 구성 범위가 있었다
  • 점유된 틈새의 종류는 원자의 크기에 의해 결정되었다

이것들은 화합물이 아니라 금속 격자에 있는 탄소의 용액으로 보였으며, 사용 가능한 틈의 수에 따라 결정되는 작은 원자의 "농도" 상한치가 제한되었다.

현재의

금속의 구조와 금속과 비금속의 2진상 및 3원상에 대한 보다 자세한 지식은 다음을 보여준다.

  • 일반적으로 작은 원자의 낮은 농도에서 위상은 용액으로 기술될 수 있으며, 이는 위의 간질 화합물의 역사적 설명에 가깝다.
  • 작은 원자의 고농도에서는 서로 다른 격자 구조를 가진 위상이 존재할 수 있으며, 이러한 위상은 다양한 스토이코메트리를 가질 수 있다.

한 가지 예는 철에 있는 탄소의 용해성이다.910°C와 1390°C 사이에서 안정된 순수한 철의 형태인 γ-철은 강철이라고도 하는 오스테나이트라는 탄소와 함께 고체 용액을 형성합니다.

자기 인터스티셜

자기간섭결함이란 격자에 이미 존재하는 것과 동일한 원자만을 포함하는 간극결함입니다.

일부 일반 금속의 자기 간극 구조.각 크리스탈 타입의 왼쪽은 완벽한 크리스탈, 오른쪽은 결함이 있는 크리스탈을 나타냅니다.

일부 금속 및 반도체에서 간질성 결함의 구조가 실험적으로 확인되었습니다.

직관적으로 예상할 수 있는 것과는 달리, 알려진 구조를 가진 금속의 대부분의 자기 간극물은 두 원자가 같은 격자 [2][3]부위를 공유하는 '분할' 구조를 가지고 있다.일반적으로 두 원자의 질량 중심은 격자 부위에서 주 격자 방향 중 하나를 따라 대칭적으로 변위됩니다.예를 들어 구리, 니켈 및 백금과 같은 몇 가지 일반적인 면심 입방정(fcc) 금속에서 자기간격의 기저상태 구조는 격자부위에서 2개의 원자가 정[100]방향으로 변위하는 분할[100]간격구조이다.체심입방체(BCC) 철에서 지반상태의 인터스티셜 구조는 마찬가지로 [110] 분할 인터스티셜이다.

이 분할된 간극은 종종 덤벨 간극이라고 불리는데, 두 개의 큰 구와 그것들을 연결하는 굵은 선으로 중간극을 형성하는 두 원자를 그려보면 구조가 덤벨 역도 장치와 비슷하기 때문입니다.

철보다 다른 blind금속에, 접지 상태 구조 최근density-functional 이론 계산에 따라 압축된 완벽한 격자에 비해 원자의[111]격자 방향을 따라 긴 사슬(일반적으로 일부 10–20)로 이해할 수 있는[111]crowdion interstitial,[4]등은 체인 하나가 들어 있다고 여겨진다. 내선라 아톰

실리콘의 아령 자기간극 구조실리콘의 인터스티셜 구조는 재료의 충전 상태와 도핑 수준에 따라 달라질 수 있습니다.

반도체에서는 결함이 충전될 수 있고 충전 상태에 따라 구조가 다를 수 있기 때문에 상황이 더 복잡합니다.예를 들어 실리콘에서 인터스티셜은 분할 [110]구조 또는 진정한 인터스티셜 [5]구조를 가질 수 있다.

특히 흑연과 다이아몬드에 있는 탄소는 많은 흥미로운 자기 간극물을 가지고 있습니다 - 최근 발견된 국소 밀도 근사 계산은 흑연에서 "간극성 탄소 원자가 두 개의 기본 평면 사이에 위치하고 스피로펜탄과 [6]유사한 기하학으로 결합되었기 때문에 스피로-관심성"으로 명명되었습니다.

불순물 인터스티셜

작은 불순물 간질 원자는 보통 격자 원자 사이의 진정한 오프-격자 부위에 있습니다.그러한 부위는 가장 가까운 격자 원자에 대한 간질 원자 위치의 대칭으로 특징지을 수 있다.예를 들어 FCC 격자에서 인접한 격자 원자 A가 4개인 불순물 원자 I는 사면체 대칭 위치에 있으므로 사면체 간극이라고 할 수 있다.

대형 불순물 인터스티셜은 자기 인터스티셜 원자와 마찬가지로 격자 원자와 함께 분할 인터스티셜 구성으로 할 수도 있습니다.

면 중심의 입방체 격자에서 8면체(빨간색) 및 4면체(파란색) 간 대칭 다면체.실제 중간 원자는 이상적으로는 다면체 중 하나에 있을 것이다.

인터스티셜의 영향

인터스티셜은 물질의 물리적 및 화학적 특성을 수정합니다.

  • 간질 탄소 원자는 강철, 특히 탄소강의 특성과 처리에 중요한 역할을 합니다.
  • 불순물 인터스티셜은 예를 들어 금속에 수소를 저장하는 데 사용될 수 있다.
  • 결정 격자는 불순물 인터스티셜의 농도와 함께 팽창할 수 있습니다.
  • 이온 조사 중에 실리콘과 같은 반도체의 비정질화는 종종 고농도의 인터스티셜이 축적되어 [7][8]불안정해지면서 결국 격자가 붕괴되는 것으로 설명된다.
  • 고체에서 대량의 매질 물질이 생성되면 상당한 에너지 증강을 초래할 수 있으며, 방출 시 특정 구형 원자로에서 심각한 사고가 발생할 수 있다(위그너 효과).고에너지 상태는 아닐을 통해 방출될 수 있습니다.
  • 적어도 FCC 격자에서 인터스티셜은 [9]재료에 대해 큰 디아탄성 연화 효과를 가진다.
  • 인터스티셜은 용해 시작 및 유리 [10][11][12]전이와 관련이 있는 것으로 제안되었습니다.

레퍼런스

  1. ^ 웰스 56486(1962) 구조무기화학 제3판, 옥스퍼드 대학 출판부
  2. ^ Ehrhart, P. (1991) 금속 및 합금의 원자 결함 특성 및 상호작용, H. Ulmaier(ed.), 란돌트-Börnstein, New Series III vol. 25 ch. 2, 페이지 88 ff.스프링거, 베를린
  3. ^ Schilling, W. (1978). "Self-interstitial atoms in metals". Journal of Nuclear Materials. 69–70: 465. Bibcode:1978JNuM...69..465S. doi:10.1016/0022-3115(78)90261-1.
  4. ^ Derlet, P. M.; D. Nguyen-Manh; S. L. Dudarev (2007). "Multiscale modeling of crowdion and vacancy defects in body-centered-cubic transition metals". Phys. Rev. B. 76 (5): 054107. Bibcode:2007PhRvB..76e4107D. doi:10.1103/physrevb.76.054107.
  5. ^ Watkins, G. D. (1991) "자연적 결함 및 실리콘 내 불순물과의 상호작용", 139페이지, "실리콘 가공의 결함 및 확산", T. Diaz de la Rubia, S. Coffa, P. A. Stolk 및 C. S. Rafferty(에드), 심포지엄 제469권.재료 연구 협회, 피츠버그.
  6. ^ Heggie, M.; Eggen, B.R.; Ewels, C.P.; et al. (1998). "LDF calculations of point defects in graphites and fullerenes". Electrochem Soc Proc. 98 (?): 60.
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  9. ^ Rehn, L. E.; Holder, J.; Granato, A. V.; Coltman, R. R.; Young, J. F. W. (1974). "Effects of thermal-neutron irradiation on the elastic constants of copper". Phys. Rev. B. 10 (2): 349. Bibcode:1974PhRvB..10..349R. doi:10.1103/PhysRevB.10.349.
  10. ^ Granato, A. V. (1992). "Interstitialcy Model for Condensed Matter States of Face-Centered-Cubic Metals". Phys. Rev. Lett. 68 (7): 974–977. Bibcode:1992PhRvL..68..974G. doi:10.1103/PhysRevLett.68.974. PMID 10046046.
  11. ^ Forsblom, M.; Grimvall, G. (2005). "Homogeneous melting of superheated crystals: Molecular dynamics simulations". Phys. Rev. B. 72 (5): 054107. Bibcode:2005PhRvB..72e4107F. doi:10.1103/PhysRevB.72.054107.
  12. ^ Nordlund, K.; Ashkenazy, Y.; Averback, R. S.; Granato, A. V. (2005). "Strings and interstitials in liquids, glasses and crystals" (PDF). Europhys. Lett. 71 (4): 625. Bibcode:2005EL.....71..625N. doi:10.1209/epl/i2005-10132-1.