1.UKŁADY KRYSTALOGRAFICZNE BRAVAISA: Najważniejsza cecha sieci przestrzennej jest to ze każdy jej węzeł ma takie samo otoczenie. Ze względu na geometrię rozróżnia się 14 typów sieci krystalicznej, tzw. Sieci Bravaisego, a w zależności od stopnia ich symetrii wyróżnia się 7 układów krystalograficznych. Uporządkowanie struktury przestrzennej odpowiada zazwyczaj najmniejszej wartości energii swobodnej, a najmniejszym elementem uporządkowania struktury krystalograficznej jest Komorka elementarna. Aby określić siec przestrzenna należy podać trzy wektory a,b,c oraz trzy kąty α,β,γ. Równoległościan którego krawędziami są te wektory jest Komorka elementarna. Kierunki wyznaczone przez wektory a,b,c nazywane sa osiami krystalograficznymi, a długości krawędzi a,b,c oraz kąty α,β,γ stałymi parametrami sieci krystalicznej. jako jednostki miary wzdłuż poszczególnych osi przyjęto wartości stałych a,b,c. Układy krystalograficzne Bravaisa: regularny, heksagonalny, jednoskośny, trójskośny, rombowy, romboedryczny, tetragonalny.
2.OPIS STRUKTURY KRYSTALOGRAFICZNEJ: a)liczba koordynacyjna, która określa liczbę sąsiadów dla każdego atomu w sieci, b)odległość pomiędzy dwoma najbliższymi atomami w krysztale, odległość ta zawiera się w granicach od dziesiętnej części nanometra dla kryształów prostych do około dwóch nanometrów dla kryształów złożonych. c)liczba atomów tworzących komórkę elementarna d)współczynnik upakowania który wyraża stosunek objętości zajmowanej przez atomy, traktowane jako kulki do całkowitej objętości kryształu. Dla wszystkich rodzajów struktur można wykonać obliczenia parametrów charakteryzujących szczegóły geometryczne sieci np. struktura prosta: liczba koordynacyjna:6 ; odległość miedzy atomami: a; liczba atomów w komorce:1; współczynnik upakowania π/6.
3.WSKAŹNIKI MILLERA: Analiza szczegółowa struktury kryształu nie jest możliwa bez wstępnego określenia kierunków oraz położenia i orientacji płaszczyzn w krysztale. Cele takie mogą być osiągnięte przez wskaźniki Millera. a)wskaźniki węzłów- położenie dowolnego węzła w sieci względem obranego początku układu współrzędnych określa się przez podanie trzech jego współrzędnych x,y,z dla których spełnione sa związki :x=ma, y=nb, z=pc gdzie a,b,c sa parametrami sieci zas m,n,p sa liczbami całkowitymi. jeżeli za miarę długości wzdłuż poszczególnych osi kryształu przyjmiemy parametry a,b,c to liczby m,n,p sa współrzędnymi węzła i nazywają się wskaźnikami węzła[[m n p]].jeżeli wskaźniki sa ujemne to minus umieszcza się nad wskaźnikiem. b)wskaźniki kierunkowe-aby określić kierunek w krysztale obiera się prosta która przechodzi przez początek układu współrzędnych. Położenie tej prostej jest jednoznacznie określone przez podanie wskaźników[[m n p]] pierwszego węzła, prze który dana prosta przechodzi. wskaźniki węzłów sa wiec jednocześnie wskaźnikami kierunkowymi[m n p]. c)wskaźniki płaszczyzny- położenie i orientacja płaszczyzny względem wybranego układu współrzędnych mogą być określone przez trzy punkty na płaszczyźnie, nie leżące na jednej prostej. wygodniej jednakże jest posługiwać się wskaźnikami Millera dla określenia których należy znaleźć punkty przecięcia trzech osi z płaszczyzną wyrażone w stałych sieci. odwrotność powyższych liczb sprowadzić można do najmniejszych liczb całkowitych mających wspólny mianownik .w rezultacie uzyskujemy wskaźniki dla płaszczyzn (hkl).
6.SILY MIĘDZYATOMOWE W KRYSZTAŁACH
Ponieważ ciała stale, ani nie rozpadają się, ani nie zagęszczają się nieograniczenie to model ciała stałego musi uwzględniać występowanie dwóch sil międzyatomowych :siły odpychania pomiędzy atomami które znajdują się zbyt blisko siebie oraz silami przyciągania pomiędzy odległymi atomami. Siły odpychające pomijając siły dalekiego zasięgu, przy odległości rzędu 0,05..0,5nm pojawiają się siły odpychające których wartość rośnie wraz ze zmniejszaniem się odległości pomiędzy atomami. sa one wynikiem nakładania się ładunków elektronowych atomów. zgodnie z zasada Pauliego dwa elektrony nie mogą zająć tego samego stanu kwantowego. Kiedy rozkłady ładunków dwóch atomów nakładaj się, wówczas elektrony z atomu drugiego chcą zająć części stanów atomu pierwszego i na odwrót. powoduje to wzrost całkowitej energii układu. Ponieważ każdy układ fizyczny dąży do minimum energii wewnętrznej, w rozpatrywanym przypadku pojawi się siła odpychająca mająca charakter siły elektrostatycznej. Siły przyciągające w odróżnieniu od sil odpychających, natura sil przyciągających atomy nie jest jednakowa dla wszystkich rodzajów wiązań, aczkolwiek we wszystkich przypadkach maja one charakter sil elektromagnetycznych. W zależności od wzajemnego oddziaływania tych siła wyróżnia się piec rodzajów wiązań: jonowe, walencyjne, metaliczne, wodorowe, molekularne(van der Waalsa).
7.WIAZANIA W KRYSZTAŁACH JONOWYCH, CHARAKTERYSTYKA KRYSZTAŁÓW JONOWYCH: Kryształy jonowe sa utworzone z dodatnich i ujemnych jonów. Jony dodatnie i ujemne tworzą dwie podsieci i sa rozmieszczone w taki sposób ze siły przyciągania kulombowskiego miedzy jonami różnoimiennymi sa większe od sil odpychających jonów jednoimiennych. Aby powstało wiązanie musi nastąpić wcześniej samoistne przekształcenie się elektrycznie obojętnych atomów różnych pierwiastków w dodatnie i ujemne jony. Wiązania jonowe czystej postaci występują w kryształach utworzonych przez atomy I i VII grupy układu okresowego. Poszczególne jony kryształów jonowych najczęściej maja konfiguracje elektronowa najbliższego gazu szlachetnego. ponieważ siły wiążące sa dość silne temperatury topnienia kryształów jonowych sa stosunkowo wysokie. Idealne kryształy jonowe nie przewodzą prądu.
8.KRYSZTALY KOWALENTNE: Natura wiązania walencyjnego jest czysto kwantowa. Atomy o nie zapełnionych powłokach zawsze dążą do ich zapełnienia. Wiązanie walencyjne jest takim efektywnym sposobem zapełnienia powłoki zewnętrznej atomów, prowadzącym do ich stabilnej konfiguracji. mogą występować zarówno pomiędzy atomami tego samego pierwiastka, jak i pomiędzy atomami rożnych pierwiastków. Wiązanie takie tworzą zazwyczaj dwa elektrony o przeciwnych spinach, po jednym elektronie z każdego atomu biorącego udział w wiązaniu. Przy zbliżaniu do siebie dwóch atomów nakrywają się chmury elektronowe i zwiększa się prawdopodobieństwo przechodzenia elektronów od jednego do drugiego atomu. nakrywaniu się chmur elektronowych towarzyszy zmiana energii układu. Energia oddziaływania nazywa się energia wymiany. Każdy atom może uczestniczyć w czterech wiązaniach. Wszystkie te kryształy maja strukturę diamentu. Jest to wiązanie silne. Wiązania maja charakter kierunkowy. sztywność struktury elektronowej powoduje ze kryształy sa twarde i niepodatne na odkształcenia. Wiązanie kowalentne jest charakterystyczne dla kryształów półprzewodnikowych.
9. WIĄZANIA W KRYSZTAŁACH METALICZNYCH: Wiązania metaliczne występują w przypadku atomów o małej liczbie elektronów walencyjnych co charakteryzuje atomy metali. Elektrony powłoki walencyjnej sa słabo związane z swoimi atomami i zachowują się podobnie jak elektrony swobodne(energia wiązań jest mała). Przy zbliżaniu się atomów następuje nakrywanie się funkcji falowych elektronów walencyjnych. Elektrony poruszają się w przestrzeni międzywęzłowej jak elektrony swobodne. Można przyjąć ze kryształ metalu składa się z dodatnich jonów tworzących węzły sieci krystalicznej, która znajduje się w gazie składającym się z elektronów swobodnych. Siły przyciągania które wiążą kryształ metalu w całość spowodowane sa oddziaływaniem dodatnich jonów dla ujemnego gazu elektronowego. Elektron swobodne są elektronami przewodnictwa. Swobodne elektrony mogą zmieniać swoje położenie, co oznacza ze metale sa kryształami plastycznymi. W sieci kryształu metalu jedne atomy można zastąpić atomami innych pierwiastków, a to z kolei umożliwia tworzenie stopów i łączenie metali.
10.OMÓWIC RODZAJE DEFEKTÓW W KRYSZTAŁACH: a)defekty powierzchniowe( powierzchnie zewnętrzne i wewnętrzne, granice ziaren) b)defekty liniowe (dyslokacje śrubowe i krawędziowe) c)defekty punktowe(luki, atomy międzywęzłowe, atomy domieszkowe, atomy zanieczyszczeń)defekty powierzchniowe-polikryształ zawiera ogromne ilości granic. Mogą to być granice zarówno miedzy ziarnami jak i podziarnami obrębie granicy obserwujemy na ogół chaotyczny rozkład atomów spowodowany nagromadzeniem się tam dyslokacji i defektów punktowych. Bliźniakowanie jest ważnym, drugim obok poślizgu, mechanizmem deformacji plastycznej. Powierzchnie zewnętrzne kryształów stanowią naturalny rodzaj defektu z powodu urwania zorganizowanej struktury kryształu.
Defekty liniowe-zaliczamy do nich defekty krawędziowe i defekty śrubowe. Sa one wadami rozstawienia. Dyslokacja krawędziowa polega na pojawianiu się w strukturze kryształu dodatkowej półpłaszczyzny obsadzonej atomami, których krawędź stanowi linia dyslokacji, natomiast dyslokacja śrubowa polega na przesunięciu się części płaszczyzny względem siebie. Wokół dyslokacji krawędziowej występuje postaciowe i objętościowe odkształcenie kryształu. Mogą się poruszać w płaszczyźnie poślizgu pod wpływem naprężeń wewnętrznych i zewnętrznych w wyniku czego następuje poślizg części kryształu. Defekty punktowe- sa to zakłócenia budowy krystalicznej umiejscowione wokół punktu. Do nich należą wakanse, tj. wolne węzły w sieci krystalicznej oraz atomy międzywęzłowe. Obecność zarówno wakansów, jak i atomów międzywęzłowych powoduje wokół nich lokalne odkształcenie sieci przestrzennej kryształu. Liczba wad punktowych budowy krystalicznej jest funkcją temperatury. Podwyższeniu temperatury towarzyszy wzrost amplitudy drgań cieplnych, co ułatwia opuszczenie atomom pozycji w węźle sieci krystalicznej. Wyróżnia się tu dwa mechanizmy: efekt Schottky’ego- polega na przemieszczeniu się atomu z pozycji węzłowej do przestrzeni międzywęzłowej. Wzrost gęstości defektów powoduje wzrost oporności, wzrost twardości i obniżenie plastyczności. Atomy domieszek mimo ze zajmują położenie węzłowe sa uważane za defekty punktowe ze względu na różne rozmiary. Drgania cieplne atomów- z powodu periodyczności budowy kryształu energia drgań sieci krystalicznej(czyli energia fal sprężystych) jest kwantowana. W krysztale tylko wybrane długości fali, przenoszą drgania atomów.
11.DEFEKTY PUNKTOWE TYPU FRENKLA SCHOTKE’EGO: Z punktu widzenia zastosowań kryształow w elektronice najbardziej interesujące sa defekty punktowe, one bowiem maja duży wpływ na własności elektryczne kryształów. Defekty typu Luka (wakanse, defekt Schottky’ego)- sa to defekty o rozmiarach atomowych i występują we wszystkich kryształach.ich powstawanie i giniecie związane jest z drganiami sieci krystalicznej. Ich mechanizm powstawania polega na tym, ze z warstwy powierzchniowej „wyparowuja” atomy i osadzaja się na powierzchni tworząc nowa warstwe atomowa. W głębi krysztalu defekt typu luki. Atom, który opuszcza swoje miejsce w sieci uzyskuje energie tworzenia luki Ev tylko wtedy, gdy zdaza się fluktuacja energii drgan sieci. Prawdopodobieństwo tej fluktuacji jest takie samo jak prawdopodobieństwo powstania luki. W krysztale zawierającym N atomów, liczba nv luk jest w obec tego rowna : nv=Nexp(-Ei/kT) k-stala boltzmana, T-temp.,
Defekty typu frankla(atom międzywęzłowy) – sa utożsamiane z jednoczesnym pojawieniem się atomu miedzy węzłowego i luki. Pojawienie się atomu międzywęzłowego może mieć jedna z dwoch przyczyn:przeskok atomu z wezla do przestrzeni międzywęzłowej lub wprowadzenie krysztalu z zewnatrz.w przypadku pierwszym, defekty nosza nazwe defektu ...
grupa_operacyjna