Defekty sieci krystalicznej

Zdjęcie z mikroskopu elektronowego defektu (a, Mo zamieniony na S) i luki (b, brakujące atomy S) w monowarstwie disiarczku molibdenu. Skala odcinka: 1 nm.

Defekty sieci krystalicznej, defekty struktury krystalicznej – niedoskonałości kryształów polegające na punktowym lub warstwowym zerwaniu regularności ich sieci przestrzennej. Defekty występują praktycznie we wszystkich rzeczywistych kryształach, gdyż wynikają z natury procesu krystalizacji. Najczęściej stosowany jest podział defektów wg charakteru ich wymiaru:

• punktowe
• liniowe
• powierzchniowe
• warstwowe (objętościowe)

Defekty punktowe

• wakanse, luki – wolne miejsca w sieci krystalicznej
• wyjście atomu na powierzchnie kryształu
• atomy międzywęzłowe opuszczające węzły, na przykład wskutek drgań cieplnych

Defekty liniowe (dyslokacje)

• krawędziowe – poprzez wprowadzenie dodatkowej płaszczyzny między nieco rozsunięte płaszczyzny sieciowe (miarą dyslokacji jest wektor Burgersa, wyznaczony poprzez kontur Burgersa i prostopadły do linii dyslokacji krawędziowej)
• śrubowe – powstają w wyniku przesunięcia płaszczyzn atomowych (wektor Burgersa równoległy do linii dyslokacji śrubowej)
• mieszane – śrubowa i krawędziowa występujące w strukturach rzeczywistych

Defekty powierzchniowe

• granice ziaren – wąska strefa materiału,w której atomy są ułożone w sposób chaotyczny. Gdy kąt między dwoma sąsiednimi kierunkami krystalograficznymi jest większy od 15°, to granicę nazywa się szerokokątową, a jeśli mniejszy – wąskokątową.
• granice międzyfazowe
  • koherentne – atomy granicy międzyfazowej są wspólne dla obu faz,
  • półkoherentne – część atomów granicy międzyfazowej jest wspólna dla obu faz,
  • niekoherentne – atomy granicy są w pozycjach znacznie przesuniętych względem pozycji odpowiadających węzłom sieci graniczących faz; w przypadku stopów metali występuje wtedy największe umocnienie metalu,
• błąd ułożenia – wskutek dyslokacji krawędziowej (istnieje energia błędu ułożenia)

Defekty warstwowe

• uskoki sieci krystalicznej
• nakładanie się dwóch sieci na siebie
• rozwarstwienie.

Doskonałość kryształu

Miarą doskonałości kryształu jest jego stopień zdefektowania mierzony liczbą defektów w stosunku do teoretycznej liczby atomów, jaką powinna zawierać sieć. Zazwyczaj zdefektowanie sieci rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Defekty sieci krystalicznej odpowiadają za różne właściwości kryształów, między innymi półprzewodnictwo typu n lub p, barwę, luminescencję.