Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Тип точечного дефекта в кристаллической решетке
Type of point defect in a crystal lattice
Дефект Шотки – это возбуждение занятости узлов в кристаллической решетке, приводящее к точечным дефектам, названным в честь Уолтера Х. Шотки. В ионных кристаллах этот дефект формируется, когда ионы с противоположными зарядами покидают свои узлы решетки и внедряются, например, на поверхность, создавая вакансии с противоположными зарядами. Эти вакансии образуются в стехиометрических соотношениях, чтобы сохранить общий нейтральный заряд в ионном твердом теле.
A Schottky defect is an excitation of the site occupations in a crystal lattice leading to point defects named after Walter H. Schottky. In ionic crystals, this defect forms when oppositely charged ions leave their lattice sites and become incorporated for instance at the surface, creating oppositely charged vacancies. These vacancies are formed in stoichiometric units, to maintain an overall neutral charge in the ionic solid.
Определение
Дефекты Шотки состоят из вакантных позиций анионов и катионов в стехиометрическом соотношении. Для простого ионного кристалла типа A−B+ дефект Шотки состоит из одной вакансии аниона (A) и одной вакансии катиона (B), или v + v в соответствии с нотацией Крёгера-Винка. Для более общего кристалла с формулой AxBy кластер Шотки формируется из x вакансий A и y вакансий B, таким образом, общая стехиометрия и электронейтральность сохраняются. Концептуально, дефект Шотки возникает, если кристалл расширяется на одну элементарную ячейку, при этом ранее пустые позиции заполняются атомами, диффундировавшими из объема кристалла, что приводит к образованию вакансий. Дефекты Шотки наиболее часто наблюдаются в материалах, где разница в размерах между катионами и анионами невелика.
Schottky defects consist of unoccupied anion and cation sites in a stoichiometric ratio. For a simple ionic crystal of type A−B+, a Schottky defect consists of a single anion vacancy (A) and a single cation vacancy (B), or v + v following Kröger–Vink notation. For a more general crystal with formula AxBy, a Schottky cluster is formed of x vacancies of A and y vacancies of B, thus the overall stoichiometry and charge neutrality are conserved. Conceptually, a Schottky defect is generated if the crystal is expanded by one unit cell, whose a prior empty sites are filled by atoms that diffused out of the interior, thus creating vacancies in the crystal. Schottky defects are observed most frequently when there is a small difference in size between the cations and anions that make up a material.
Смешанные и разбавленные дефекты
Пустоты, составляющие дефекты Шоттки, имеют противоположные заряды, поэтому они испытывают взаимно притягивающую силу Кулона. При низкой температуре они могут образовывать связанные кластеры. Влияние дефекта Шоттки на кристаллическую решетку зависит от температуры, при которой при более высоких температурах вокруг вакансии катиона можно также наблюдать множественные вакансии анионов. Если вакансии анионов расположены вблизи вакансии катиона, это затрудняет перемещение катионов. Связанные кластеры обычно менее подвижны, чем отдельные дефекты, поскольку для миграции всего кластера необходимо согласованное движение нескольких частиц. Это имеет важное значение для широкого спектра функциональных керамических материалов, используемых в различных областях, включая ионные проводники, твердооксидные топливные элементы и ядерное топливо.
The vacancies that make up the Schottky defects have opposite charge, thus they experience a mutually attractive Coulomb force. At low temperature, they may form bound clusters. The degree at which the Schottky defect affects the lattice is dependent on temperature where the higher temperatures around a cation vacancy multiple anion vacancies can also be observed. When there are anion vacancies located near a cation vacancy this will hinder the displacement of cation energy. The bound clusters are typically less mobile than the dilute counterparts, as multiple species need to move in a concerted motion for the whole cluster to migrate. This has important implications for numerous functional ceramics used in a wide range of applications, including ion conductors, Solid oxide fuel cells and nuclear fuel.
Примеры
Этот тип дефекта обычно наблюдается в соединениях с высокой степенью ионности, в комплексах с высокой координацией, а также в случаях, когда разница в размерах катионов и анионов, составляющих кристаллическую решетку, незначительна. Типичными солями, в которых наблюдается дефект Шоттки, являются NaCl, KCl, KBr, CsCl и AgBr. Для инженерных приложений дефекты Шоттки важны в оксидах с фторитной структурой, таких как CeO2, кубический ZrO2, UO2, ThO2 и PuO2.
This type of defect is typically observed in highly ionic compounds, highly coordinated compounds, and where there is only a small difference in sizes of cations and anions of which the compound lattice is composed. Typical salts where Schottky disorder is observed are NaCl, KCl, KBr, CsCl and AgBr. For engineering applications, Schottky defects are important in oxides with Fluorite structure, such as CeO2, cubic ZrO2, UO2, ThO2 and PuO2.
Влияние на плотность
Как правило, объем образования вакансии положителен: сжатие решетки, вызванное напряжениями вокруг дефекта, не компенсирует расширение кристалла, обусловленное увеличением числа узлов. Следовательно, плотность твердого кристалла ниже теоретической плотности материала.
Typically, the formation volume of a vacancy is positive: the lattice contraction due to the strains around the defect does not make up for the expansion of the crystal due to the additional number of sites. Thus, the density of the solid crystal is less than the theoretical density of the material.