결정결함

결정은 실제로 완전하지 않으며 물리적 및 기계적 성질에 영향을 주는 여러 가지 유형의 불완전함과 결함을 포함합니다. 결정격자의 결함은 그들의 기하학적 배열과 모양에 따라 분류됩니다. 그 주된 분류는 점결함으로 불리는 0차원 결함, 선결함 또는 전위라고 표현되는 1차원 결함, 그리고 외부 표면, 결정립계, 쌍정, 저각경계, 고각경계, 비틀림, 적층결함, 공극, 석출물 등을 포함한 2차원 결함입니다. 또한, 3차원 거시적 결함 또는 체적 결함도 포함될 수 있으며, 이 결함들의 예로는 기공, 균열, 외부 개재물 등이 있습니다. 이 중 가장 간단한 점결함을 공공으로서 어떤 원자 위치가 원자를 잃어버린 것을 말합니다. 공공은 응고 중에 결정이 성장하는 동안의 국부적 교란에 의해 형성되거나 원자 이동에 기인한 기존 결정의 원자적 재배열에 의해 형성됩니다. 금속에서 공공의 평형 농도는 약 10000개의 원자 중에 한 개를 초과하는 일이 거의 없습니다. 공공은 금속에서 평형결함이고, 공공의 형성에너지는 약 1eV입니다. 금속에서의 추가적인 공공은 공공을 가두어두는 높은 온도에서 낮은 온도로의 급랭이나 소성변형에 의해 생기거나 중성자와 같은 강력한 입자의 충격으로 생기게 됩니다. 비평형 공공은 서로 집합체를 이루는 경향이 있어서 2중 공공 또는 3중 공공의 형성을 야기합니다. 공공은 이웃하는 것들과 이치를 교환하여 이동할 수 있습니다. 이 과정은 고체상태에서 원자의 이동이나 확산에 중요하며 특히 원자의 이동도가 큰 고온에서 더욱 중요합니다. 결정 내에서 어떤 원자가 정상적인 원자 위치에 있는 원자들 사이의 침입형 위치를 차지할 수 있습니다. 이런 유형의 점결함을 자기침입형 또는 침입형 원자라고 합니다. 일반적으로 이러한 결함들은 구조적 뒤틀림을 야기하므로 자연적으로는 발생되지 않으나 방사선 조사에 의해 가능합니다. 이온결정에서는 전기적 중성을 유지해야 하므로 점결함이 금속에 비해 더욱 복잡합니다. 이온결정이 반대 전하를 가진 두 이온을 잃어버리면 Schottky결함으로 알려진 양이온-음이온 2중 공공이 형성됩니다. 만일 이온결정에서 양이온이 침입형 위치로 이동하면 정상적 이온 위치에 양이온 공공이 생성됩니다. 이러한 공공-침입형 원자 쌍을 Frenkel결함이라고 합니다. 이온결정에서 이러한 결함들이 존재하면 전기전도도가 증가합니다. 치환형 도는 침입형 불순물 원자들도 역시 점결함이며 금속 또는 공유결합 결정에 나타날 수 있습니다. 예를 들어 극히 적은 양의 치환형 불순물 원자가 전지 소자용 순수한 실리콘의 전기전도도에 엄청난 영향을 미칠 수 있습니다. 불순물 이온은 이온결정에서도 역시 점결함입니다. 결정질 고체의 선결함 또는 전위는 격자 뒤틀림이 어떤 선 주변에 집중되기 하는 결함입니다. 전위는 결정질 고체의 응고 과정에서 생성됩니다. 또한 결정질 고체의 영구 또는 소성변형, 공공의 응축 또는 고용체에서의 원자적 불일치에 의해서도 전위가 생성됩니다. 전위에는 칼날형과 나선형의 두 가지 주요 유형이 있습니다. 이 둘이 조합되면 혼합전위가 되며 칼날형과 나선형의 요소들을 가집니다. 칼날전위는 원자의 잉여반면을 삼입함으로써 결정 내에 생성되고, 양의 칼날전위와 음의 칼날전위로 나뉩니다. 전위 주위에 있는 원자의 변형거리를 슬립 또는 Buggers 벡터라고 하몀 칼날전위 선에 수직입니다. 전위는 비평형 결함이며 전쥐 주위의 변형된 결정격자 영역에 에너지를 축적합니다. 칼날전위는 잉여반면이 존재하는 영역에서 압축변형을 가지며 원자의 잉여반면 아래의 영역에서는 인장변형을 가집니다. 절단면에 의해 분리된 결함이 없는 결정의 영역에 전단응력이 위와 아래 방향으로 각각 작용하여 결함이 없는 결정에 나선전위가 형성될 수 있습니다. 이들 전단응력은 변형된 원자들의 나선형 경사 모양의 변형된 결정격자 영역 또는 나선전위가 형성되게 합니다. 변형된 결정 영역은 명확하게 한정되지는 않으며 지름은 적어도 수 개의 원자 크기입니다. 에너지가 축적된 나선전위 주위에 전단변형 영역이 생성됩니다. 나선전위의 슬립 또는 Buggers 벡터는 전위선에 평행입니다. 결정에서 대부분의 전위는 혼합형으로 칼날전위와 나선전위의 요소들을 가지고 있습니다.