Ele provoacă încălcări ale rețelei care se propagă pe distanțe de ordinul mai multor perioade.
Pe lângă defectele punctiforme, există defecte concentrate în apropierea anumitor linii. Ei sunt numiti, cunoscuti defecte liniare sau luxaţii. Defectele de acest tip perturbă alternanța regulată a planurilor cristaline.
Cele mai simple tipuri de luxații sunt regionalși şurub luxaţii.
O dislocare a muchiei este cauzată de un semiplan extracristalin încorporat între două straturi adiacente de atomi (Fig. 2). O dislocare a șurubului poate fi reprezentată ca urmare a tăierii cristalului de-a lungul unui semiplan și a deplasării ulterioare a părților rețelei situate pe părțile opuse ale tăieturii una față de alta cu valoarea unei perioade (Fig. 3).
Defectele au un efect puternic asupra proprietăților fizice ale cristalelor, inclusiv asupra rezistenței acestora.
Dislocația existentă inițial se deplasează de-a lungul cristalului sub influența tensiunilor create în cristal. Mișcarea dislocațiilor este împiedicată de prezența altor defecte în cristal, de exemplu, prezența atomilor de impurități. Luxațiile sunt, de asemenea, decelerate atunci când se încrucișează. O creștere a densității luxațiilor și o creștere a concentrației de impurități duce la o decelerare puternică a luxațiilor și la încetarea mișcării lor. Ca urmare, rezistența materialului crește. De exemplu, o creștere a rezistenței fierului se realizează prin dizolvarea atomilor de carbon din acesta (oțel).
Deformarea plastică este însoțită de distrugerea rețelei cristaline și de formarea unui număr mare de defecte care împiedică mișcarea luxațiilor. Aceasta explică întărirea materialelor în timpul prelucrării lor la rece.
Difuzia este procesul de transfer de materie sau energie dintr-o zonă de concentrație mare într-o zonă de concentrație scăzută. Difuzia este un proces la nivel molecular și este determinat de natura aleatorie a mișcării moleculelor individuale. Difuzia în cristale este procesul prin care atomii se pot deplasa de la un loc la altul. Microscopia autoionică este o metodă de observare directă a rețelei cristaline a metalelor și aliajelor cu rezoluție atomică.
Procesele de difuzie în solide depind în mod semnificativ de structura unui cristal dat și de defecte în structura cristalului. Defectele, care apar într-o substanță, fie facilitează mișcările atomice, fie le împiedică, funcționând ca capcane pentru migrarea atomilor.
DIFUZIA ESTE UN PROCES ALEATORUL DE MARCARE Prima lege a lui Fick: Frecvența sărituri ale atomilor: n = n 0 e - Q / kT, unde Q este energia de activare a difuziei, k este constanta lui Boltzmann, n 0 este o constantă. Coeficientul de difuzie D depinde de temperatura cristalului conform legii Arrhenius: D = D 0 e - Q / kT Energia de activare a difuziei depinde atât de energia de formare a unui anumit defect E f cât și de energia de activare a migrării acestuia E m: Q = E f + E m .
MECANISME ATOMICE DE DIFUZIE Mecanismul schimbului de atomi pe alocuri; mecanism inel; mecanismul mișcării directe a atomilor de-a lungul interstițiilor; mecanism de mișcare indirectă a configurației interstițiale; mecanism de aglomerare; mecanism de post vacant; mecanismul de revocare; mecanisme de difuzie de-a lungul luxațiilor; mecanisme de difuzie de-a lungul limitelor de cereale în policristale.
MECANISME DE VACANTE Energia de activare a migrației prin mecanismul de vacanță pentru metale precum cuprul, argintul, fierul etc. este de aproximativ eV (energia formării vacantelor este de același ordin de mărime). Cel mai simplu grup de posturi vacante este unirea a două posturi vacante – bivacant (2V). Energia necesară pentru o astfel de mișcare este adesea mai mică de un loc liber.
MECANISME INTERSTODIALE Apariția atomilor interstițiali în cristale se poate datora metodei de preparare sau de utilizare a materialului. Atomii interstițiali pot fi împărțiți în cristale în atomi interstițiali intrinseci și impurități (străine). Atomii străini (impuriți) formează, de asemenea, în cele mai multe cazuri gantere cu proprii lor atomi, dar se numesc mixte. Abundența configurațiilor interstițiale dă naștere unei abundențe de mecanisme de migrare cu ajutorul atomilor interstițiali.
Locul vacant ar trebui să fie atras de regiunea de compresie de deasupra rândului atomic extrem al semiplanului suplimentar, iar atomul interstițial de regiunea de expansiune situată sub semiplan. Cele mai simple dislocații sunt un defect sub forma unui semiplan atomic incomplet în interiorul cristalului.
Difuzia peste locurile defecte din cristale are caracteristici specifice. În primul rând, procedează mai ușor decât difuzia prin mecanisme fără defecte. Dar sursele sale nu sunt nelimitate: concentrația defectelor în procesul de difuzie scade aproape întotdeauna din cauza anihilării defectelor diferite, a plecării defectelor către așa-numitele chiuvete. Dar dacă concentrația defectelor este mare, rolul lor în difuzie crește atât de mult încât duce la așa-numita difuzie accelerată, transformări accelerate de fază-structură în materiale, fluaj accelerat al materialelor sub sarcină etc. efecte.
CONCLUZII Lista mecanismelor de migrare prin situsurile defectuoase din cristale este actualizată constant cu studiul din ce în ce mai aprofundat al defectelor structurii cristaline a unei substanțe. Includerea unuia sau altuia mecanism în procesul de difuzie depinde de multe condiții: de mobilitatea unui defect dat, de concentrația acestuia, de temperatura cristalului și de alți factori.
slide 1
Fizica stării solide. Partea 2.
Cristalele reale - (la fel ca „băieții adevărați”) sunt cristale perfecte care cresc în locuri greșite.
slide 2
Creșterea cristalelor Știți, desigur, că apa (sub presiune normală) îngheață la 0°. Dacă temperatura scade, atunci exact la 0 ° apa va începe să înghețe, se va transforma în cristale de gheață. Până când toată apa îngheață, temperatura ei nu va mai scădea. Dacă, pe de altă parte, un cristal de gheață este încălzit la 0°, acesta va rămâne neschimbat. De îndată ce temperatura ajunge la 0°, cristalul va începe imediat să se topească. Indiferent cât de mult ne-am încălzi în continuare, temperatura gheții nu va crește până când toată gheața nu se va topi. Numai când întregul cristal, topit, se transformă în apă (cu alte cuvinte, până când sistemul tuturor particulelor se dezintegrează), temperatura apei poate începe să crească. Orice substanță cristalină se topește și se cristalizează la un punct de topire strict definit: fier - la 1530 °, staniu - la 232 °, cuarț - la 1713 °, mercur - la minus 38 °. Solidele necristaline nu au un punct de topire constant (și, prin urmare, temperatura de cristalizare), atunci când sunt încălzite, se înmoaie treptat.
slide 3
Modalități de creștere a cristalelor Una dintre ele este răcirea unei soluții fierbinți saturate. La fiecare temperatură, nu mai mult de o anumită cantitate de substanță se poate dizolva într-o anumită cantitate de solvent (de exemplu, în apă). Dacă soluția este răcită lent, se formează puține nuclee și, treptat, crescând excesiv din toate părțile, se transformă în cristale frumoase de forma corectă. Odată cu răcirea rapidă, se formează multe nuclee, iar particulele din soluție se vor „turna” pe suprafața cristalelor în creștere, precum mazărea dintr-o pungă ruptă; desigur, cristalele corecte nu vor fi obținute în acest caz, deoarece particulele din soluție pur și simplu nu au timp să se „așeze” pe suprafața cristalului în locul lor. O altă metodă de obținere a cristalelor este îndepărtarea treptată a apei dintr-o soluție saturată. Substanța „în plus” cristalizează. Și în acest caz, cu cât apa se evaporă mai încet, cu atât se obțin mai bine cristalele.
slide 4
A treia metodă este creșterea cristalelor din substanțele topite prin răcirea lentă a lichidului. Când se folosesc toate metodele, cele mai bune rezultate se obțin dacă se folosește o sămânță - un mic cristal de forma corectă, care este plasat într-o soluție sau topitură. În acest fel, de exemplu, se obțin cristale de rubin. Creșterea cristalelor de pietre prețioase se realizează foarte lent, uneori de ani de zile. Dacă, totuși, pentru a accelera cristalizarea, atunci în loc de un cristal, va apărea o masă de cristale mici. Această metodă poate fi efectuată numai în dispozitive speciale. În prezent, mai mult de jumătate din cristalele importante din punct de vedere tehnic sunt crescute din topitură. Una dintre cele mai utilizate metode industriale pentru obținerea semiconductorilor și a altor monocristale este metoda Czochralski. Proiectat în 1918. Materialul sursă (încărcare) este încărcat într-un creuzet refractar și încălzit până la o stare topită. Apoi, cristalul de sămânță sub formă de tijă subțire cu un diametru de câțiva mm este plasat într-un suport de cristal răcit și scufundat în topitură.
slide 5
Jan Czochralski (1885 - 1953) - chimist polonez, inventatorul metodei larg cunoscute în prezent de creștere a monocristalelor dintr-o topitură prin tragerea lor de pe o suprafață liberă, ulterior numită după el. Potrivit unor relatări, Czochralski și-a descoperit faimoasa metodă în 1916, când și-a scăpat accidental stiloul într-un creuzet de staniu topit. Străgând stiloul din creuzet, a descoperit că un fir subțire de tablă solidificată stătea în spatele stiloului metalic. Prin înlocuirea penei stiloului cu o bucată de metal microscopică, Czochralski s-a convins că firul de metal astfel format are o structură monocristalină. În experimentele conduse de Czochralski, au fost obținute cristale simple cu o dimensiune de aproximativ un milimetru în diametru și până la 150 cm în lungime.
slide 6
Defectele cristalelor Descriind structura cristalelor, am folosit până acum modelele lor ideale. Diferența dintre cristalele reale și cele ideale este că cristalele reale nu au o rețea cristalină obișnuită. Ele conțin întotdeauna încălcări ale periodicității stricte în aranjarea atomilor. Aceste tulburări se numesc defecte ale cristalelor. Defectele se formează în timpul creșterii cristalelor sub influența mișcării termice a moleculelor, influențelor mecanice, iradierii cu fluxuri de particule, datorită prezenței impurităților etc. Defectele cristalului sunt orice încălcare a simetriei translaționale a cristalului - periodicitatea ideală. a rețelei cristaline. Există mai multe tipuri de defecte după dimensiune. Și anume, există defecte zero-dimensionale (punct), unidimensionale (liniare), bidimensionale (plate) și tridimensionale (volumetrice).
Slide 7
Defectele cristalelor zero-dimensionale (sau punctiforme) includ toate defectele care sunt asociate cu deplasarea sau înlocuirea unui grup mic de atomi (defecte intrinseci punctuale), precum și cu impuritățile. Ele apar în timpul încălzirii, alierei, în procesul de creștere a cristalelor și ca urmare a expunerii la radiații. Poate fi realizat și ca urmare a implantării. Proprietățile unor astfel de defecte și mecanismele formării lor sunt cele mai studiate, inclusiv mișcarea, interacțiunea, anihilarea și evaporarea. Defectele, numite defecte punctiforme, apar atunci când unul dintre atomii rețelei cristaline este înlocuit cu un atom de impuritate (a), introducerea unui atom între nodurile rețelei (b) sau ca urmare a formării de locuri vacante - absența. a unui atom într-unul dintre nodurile rețelei (c).
Slide 8
Impuritățile de substituție, care înlocuiesc particulele substanței principale la locurile rețelei, sunt introduse în rețea cu atât mai ușor, cu atât razele atomice (ionice) ale impurității și ale substanței principale sunt mai apropiate. Impuritățile interstițiale ocupă interstiții și, în plus, cu cât este mai ușor, cu atât volumul spațiului dintre atomi este mai mare. Încorporați pot fi atât atomi intrinseci, cât și de impurități sau ioni care diferă de atomii principali ca mărime sau valență. Dacă un atom străin se află într-un loc, atunci este un defect de substituție; dacă se află la un interstițiu, atunci este un atom interstițial. Pozițiile de echilibru ocupate de atomii interstițiali depind de materialul și tipul rețelei. Atomii învecinați din nodurile rețelei cristaline sunt oarecum deplasați, provocând o ușoară deformare. Posturile vacante sunt cel mai important tip de defecte punctuale; accelerează toate procesele asociate mișcării atomilor: difuzia, sinterizarea pulberilor etc. În metalele comerciale pure, defectele punctiforme cresc rezistența electrică, dar aproape că nu au niciun efect asupra proprietăților mecanice. Numai la concentrații mari de defecte ale metalelor iradiate plasticitatea scade și alte proprietăți se modifică vizibil.
Slide 9
Cum apar defectele spot? Conform principiilor de bază ale fizicii statistice, chiar și atunci când energia cinetică medie a atomilor este foarte mică, va exista întotdeauna un anumit număr de atomi cu o energie mai mare, suficientă pentru a muta un atom dintr-un site de rețea. Mișcându-se prin cristal și dând o parte din energia acestuia altor atomi, un astfel de atom poate fi localizat în interstiții. Combinația dintre un atom într-un interstițiu și un loc vacant se numește defect Frenkel (sau pereche Frenkel). Locul liber și atomul interstițial sunt legați de forțe elastice semnificative.
Defectele Frenkel apar cu ușurință în cristale care conțin goluri interatomice semnificative. Substanțele cu structura de diamant sau sare gemă pot servi ca exemplu de astfel de cristale.
Slide 10
Defectele punctului Schottky se găsesc în principal în cristale compacte, unde formarea atomilor interstițiali este dificilă sau nefavorabilă energetic. Unii atomi din stratul apropiat de suprafață, ca urmare a mișcării termice, pot părăsi cristalul la suprafață (Fig.). Locul liber de la locul eliberat poate apoi migra în cea mai mare parte a cristalului. Formarea defectelor Schottky reduce densitatea cristalului, deoarece volumul acestuia crește la o masă constantă, în timp ce în timpul formării defectelor Frenkel, densitatea rămâne neschimbată, deoarece volumul întregului corp nu se modifică.
Walter Hermann Schottky (1886 - 1976) - celebrul fizician german, în 1915 a inventat tubul vidat cu grilă de ecranare și în 1919 tetrodul. În 1938, Schottky a formulat o teorie care prezice efectul Schottky, folosită acum în diodele Schottky.
slide 11
Astfel, reprezentând o secvență departe de a fi perfectă, ordonată și oarecum monotonă de ioni pozitivi și negativi alternativi, cristalele reale conțin o gamă largă de defecte punctiforme interesante, care, după cum vom vedea, pot afecta foarte mult multe dintre proprietățile lor. După cum am spus deja, acestea sunt defecte intrinseci, a căror concentrație depinde de temperatură și, în plus, defecte neintrinsece, de impurități, care sunt fie prezente întâmplător, fie adăugate intenționat în timpul creșterii cristalelor. Toate aceste defecte pot fi considerate cvasiparticule. La fel ca particulele reale în vid, ele se pot mișca și interacționa între ele pe distanțe lungi pentru a forma structuri mai complexe.
slide 12
Procesele de transport în cristale Se presupune adesea în mod eronat că compușii obișnuiți cu halogenuri alcaline, cum ar fi clorura de sodiu și clorura de potasiu, sunt izolatori, dar de fapt sunt conductori relativ buni, acest lucru este valabil mai ales la temperaturi ridicate. Faptul existenței conductivității, precum și faptul că atât autodifuzia, cât și difuzia ionilor de impurități apar destul de ușor în solidele ionice, servesc drept dovezi de nerefuzat ale prezenței defectelor punctuale în acestea. Multe dintre aceste materiale nu au conductivitate electronică - măsurătorile arată că conductivitatea se datorează migrării ionilor. Totuși, fără existența unor locuri libere sau a atomilor interstițiali, mișcarea ionilor într-un conductor ionic atât de clasic este imposibilă: aceasta ar necesita prea multă energie. Datorită defectelor și mișcărilor acestora (Fig.), procesul de mișcare a ionilor se transformă într-un schimb de locuri între ion și defect; în timp ce cantitatea de energie necesară scade.
slide 13
Difuzia (în latină diffusio - răspândire, răspândire, dispersie, interacțiune) este procesul de pătrundere reciprocă a moleculelor unei substanțe între moleculele alteia, ducând la alinierea spontană a concentrațiilor acestora în volumul ocupat. În unele situații, una dintre substanțe are deja o concentrație egală și se vorbește despre difuzia unei substanțe în alta. În acest caz, transferul unei substanțe are loc dintr-o zonă cu o concentrație mare într-o zonă cu o concentrație scăzută (de-a lungul gradientului de concentrație). În cristale pot difuza atât atomii de rețea intrinseci (autodifuzie sau homodifuzie), cât și atomii altor elemente chimice dizolvați în substanță (impuritate sau heterodifuzie), precum și defecte punctuale ale structurii cristaline - atomi interstițiali și vacante.
Slide 14
Difuzia este un proces la nivel molecular și este determinat de natura aleatorie a mișcării moleculelor individuale. Viteza de difuzie este deci proporțională cu viteza medie a moleculelor. Dacă într-un amestec de gaze masa unei molecule este de patru ori mai mare decât a celeilalte, atunci o astfel de moleculă se mișcă de două ori mai încet în comparație cu mișcarea sa într-un gaz pur. În consecință, rata sa de difuzie este, de asemenea, mai mică. Această diferență în ratele de difuzie între moleculele ușoare și cele grele este utilizată pentru a separa substanțe cu greutăți moleculare diferite. Un exemplu este separarea izotopilor. Dacă un gaz care conține doi izotopi este trecut printr-o membrană poroasă, izotopii mai ușori pătrund în membrană mai repede decât cei mai grei. Pentru o mai bună separare, procesul se desfășoară în mai multe etape. Acest proces a fost utilizat pe scară largă pentru a separa izotopii de uraniu (separarea 235U de cea mai mare parte a 238U). (În prezent, pentru separarea izotopilor de uraniu se folosește metoda centrifugării, în care un gaz care conține uraniu este rotit foarte repede și, datorită diferenței de masă a moleculelor, izotopii sunt separați, care sunt apoi transferați înapoi în metal.)
slide 15
Difuzia respectă fenomenologic legile lui Fick. Prima lege a lui Fick stabilește proporționalitatea fluxului de difuzie al particulelor cu gradientul concentrației lor; A doua lege a lui Fick descrie modificarea concentrației datorată difuziei. Fenomenul de difuzie a fost studiat pentru prima dată de omul de știință de la Wurzburg A. Fick folosind soluții de sare ca exemplu. Fick, printr-o cercetare atentă, a arătat că difuzarea liberă a soluțiilor de sare are loc conform legilor care sunt complet analoge cu legile propagării căldurii în solide.
slide 16
Difuzia în cristale Unele caracteristici cristalografice generale ale procesului de difuzie sunt destul de evidente dacă luăm în considerare geometria cristalului. În primul rând, difuzia are loc aproape întotdeauna treptat, iar lungimea „pașilor” elementare este de ordinul unui diametru atomic, adică mai mulți angstromi. Atomii se deplasează sărind dintr-o poziție în rețea în alta. În concluzie, aceste salturi elementare asigură mișcarea atomilor pe distanțe mari. Să aflăm care este mecanismul salturilor atomice individuale. Există mai multe scheme posibile: mișcarea locurilor vacante, mișcarea atomilor interstițiali sau un fel de schimb reciproc de locuri între atomi (Fig.).
Deplasări atomice care duc la difuzie: a – deplasarea locurilor vacante; b – mișcarea atomilor interstițiali; c – schimbul de locuri a doi atomi; d - schimb inel de locuri a patru atomi
Slide 17
Pe baza conceptului de defecte punctiforme în cristale, Frenkel a propus două mecanisme principale de difuzie în solide: vacant (Fig. a: un atom se mișcă, schimbând locuri cu un vacant) și interstițial (Fig. b: un atom se mișcă de-a lungul interstițiilor). Atomii mici (ca mărime) de impurități se mișcă în a doua cale, iar restul în primul mod: acesta este cel mai comun mecanism de difuzie.
Yakov Ilici Frenkel (1894 - 1952) - om de știință sovietic, fizician teoretician, unul dintre fondatorii fizicii stării solide. Din 1921 până la sfârșitul vieții, Frenkel a lucrat la Institutul de Fizică și Tehnologie din Leningrad. Începând cu 1922, Frenkel a publicat o carte nouă literalmente în fiecare an. A devenit autorul primului curs de fizică teoretică din URSS.
Slide 18
Dislocații O dislocare este un defect liniar în rețeaua cristalină a unui solid, care este prezența unui semiplan atomic „extra”. Cel mai simplu model vizual al unei dislocare a marginilor este o carte cu o parte ruptă dintr-una dintre paginile interioare. Apoi, dacă paginile cărții sunt asemănate cu planurile atomice, atunci marginea părții rupte a paginii modelează linia de dislocare. Se face o distincție între dislocarea șurubului și a muchiei.
Slide 19
Pentru ca o dislocare să se formeze într-un cristal ideal, este necesar să se producă o deplasare într-o anumită parte a planului de alunecare
Densitatea de dislocare variază într-un interval larg și depinde de starea materialului. După recoacere atentă, densitatea de dislocare este scăzută; în cristalele cu o rețea cristalină puternic deformată, densitatea de dislocare atinge valori foarte mari.
Slide 20
Densitatea de dislocare determină în mare măsură plasticitatea și rezistența materialului. Dacă densitatea este mai mică decât o anumită valoare, atunci rezistența la deformare crește brusc, iar rezistența se apropie de cea teoretică. Astfel, o creștere a rezistenței se realizează prin crearea unui metal cu o structură fără defecte și, pe de altă parte, prin creșterea densității luxațiilor, care împiedică mișcarea acestora.
slide 21
În timpul deformării plastice, o parte a cristalului se mișcă față de cealaltă sub acțiunea tensiunilor de forfecare. Când sarcinile sunt îndepărtate, schimbarea rămâne, adică. apare deformarea plastică. Aplicarea unei tensiuni de forfecare duce la deplasarea unei dislocari de margine, iar deplasarea axei acesteia printr-o translație înseamnă o schimbare a semiplanului care formează în prezent dislocarea. Mișcarea unei dislocări de margine prin întregul cristal va duce la o deplasare a unei părți a cristalului cu o distanță interatomică. Rezultatul este deformarea plastică a cristalului (Fig.), adică părțile cristalului sunt deplasate una față de alta printr-o translație.
Un metal aflat în stare tensionată, sub orice tip de încărcare, suferă întotdeauna solicitări normale și tangenţiale. Creșterea tensiunilor normale și de forfecare duce la consecințe diferite. Creșterea tensiunilor normale duce la fracturi fragile. Deformarea plastică este cauzată de solicitări tangenţiale.
slide 22
O creștere a rezistenței se realizează prin crearea unui metal cu o structură fără defecte, precum și prin creșterea densității luxațiilor, care împiedică mișcarea acestora. In prezent s-au creat cristale fara defecte - mustati de pana la 2 mm lungime, 0,5 ... 20 μm grosime - " mustati " cu o rezistenta apropiata de cea teoretica. Dislocațiile afectează nu numai rezistența și plasticitatea, ci și alte proprietăți ale cristalelor. Odată cu creșterea densității dislocațiilor, proprietățile lor optice se schimbă, iar rezistența electrică a metalului crește. Dislocațiile cresc viteza medie de difuzie în cristal, accelerează îmbătrânirea și alte procese, reduc rezistența chimică, prin urmare, ca urmare a tratării suprafeței cristalului cu substanțe speciale, se formează gropi în punctele de ieșire ale dislocațiilor.
slide 23
Epitaxia este o creștere regulată a unui material cristalin pe altul (din grecescul επι - on și ταξισ - ordine), adică creșterea orientată a unui cristal pe suprafața altuia (substrat). Energia minimă este cheltuită dacă cristalul crește de-a lungul unei dislocații de șurub.
slide 24
Vă mulțumim pentru atenție!
- Dimensiune: 2,2 MB
- Număr de diapozitive: 37
Descrierea prezentării Prezentare Defecte în cristale prin diapozitive
Modificări de energie care au loc în timpul formării defectelor într-un cristal perfect. Câștigul de entropie asociat cu prezența unei alegeri de poziții se numește entropie de configurație și este determinat de formula Boltzmann S = k ln. W , unde W este probabilitatea formării unui singur loc vacant, proporțional cu numărul de atomi regulați care formează rețeaua (10 23 la 1 mol de substanță).
Diferite tipuri de defecte la cristale: a) vacant; b) atom interstițial; c) un mic defect de substituire; d) un defect mare de substituire; e) defectul lui Frenkel; f) Defect Schottky (o pereche de locuri libere în subrețelele cationice și anionice)
Energia de deplasare a unui atom din locul său în rețea. Bariera energetică. Este necesară o energie de activare pentru a muta un atom din poziția sa. ΔE este energia de formare a defectelor; E* este energia de activare. 1 / 1 1 Ek. T sn C N e , 2/ 2 2 E k. T mn C N e Echilibrul se va stabili dacă n 1 = n 2: în condiții de echilibru, în rețeaua metalică sunt vacante și atomi interstițiali! // Ek. Tms. N N Ce
Luxații. Proprietățile mecanice și reactivitatea solidelor. 1) - metalele se dovedesc de obicei mult mai plastice decât se poate aștepta pe baza calculelor. Valoarea calculată a tensiunilor de forfecare în metale este de 10 5 - 10 6 N / cm 2 , în timp ce valorile găsite experimental pentru multe metale nu depășesc 10 - 100 N / cm 2. Acest lucru indică faptul că există unele "legături slabe" în structura metalelor, datorită căreia metalele se deformează atât de ușor; 2) - pe suprafețele multor cristale cu o tăietură bună, la microscop sau chiar cu ochiul liber, sunt vizibile spirale de-a lungul cărora a avut loc creșterea cristalului. Astfel de spirale nu se pot forma în cristale perfecte; 3) - fără idei despre existența dislocațiilor, ar fi dificil de explicat astfel de proprietăți ale metalelor precum plasticitatea și fluiditatea. Plăcile de magneziu metalic, de exemplu, pot fi întinse, aproape ca cauciucul, până la de câteva ori lungimea lor inițială; 4) - călirea la rece a metalelor nu ar putea fi explicată fără implicarea conceptelor de luxații.
Aranjarea atomilor în jurul unei dislocații de margine O dislocare de margine este un semiplan atomic „extra” care nu trece prin întregul cristal, ci doar prin partea sa. Proiectia dislocarii marginii.
Mișcarea unei dislocații de margine sub acțiunea tensiunii de forfecare. Dacă conectăm punctele A și B, atunci aceasta va fi o proiecție a planului de alunecare de-a lungul căruia se deplasează dislocațiile. Luxațiile sunt caracterizate de vectorul Burgers b. Pentru a găsi mărimea și direcția lui b, este necesar să descriem un contur în jurul dislocației, trasând-o mental de la atom la atom (Fig. e). În regiunea fără defecte a cristalului, un astfel de contur ABCD , construit din translațiile unei distanțe interatomice în fiecare direcție, este închis: începutul și sfârșitul acestuia coincid în punctul A. Dimpotrivă, conturul 12345 care înconjoară dislocația nu este închis. , întrucât punctele 1 și 5 nu coincid. Mărimea vectorului Burgers este egală cu distanța 1 - 5, iar direcția este identică cu direcția 1 - 5 (sau 5 - 1). Vectorul Burgers al unei dislocare a muchiei este perpendicular pe linia de dislocare și paralel cu direcția de mișcare a liniei de dislocare (sau direcția de forfecare) sub tensiunea aplicată.
Dislocarea șurubului Cu efortul de forfecare continuă, indicat de săgeți, linia SS și urmele de alunecare ajung pe fața posterioară a cristalului. Pentru a găsi vectorul Burgers al unei dislocare a șurubului, să ne imaginăm din nou conturul 12345 (Fig. a) „încercând” în jurul lui. Vectorul b este determinat de mărimea și direcția segmentului 1 - 5. Pentru o dislocare cu șurub, este paralel cu linia de dislocare SS' (perpendiculară în cazul unei dislocare a muchiei) și perpendicular pe direcția mișcării de dislocare. , coincizând, ca în cazul unei dislocare a muchiei, cu direcția de forfecare sau alunecare.
O linie de dislocare care schimbă natura dislocației de la șurub la margine. Originea și mișcarea unei bucle de luxație Natura luxațiilor este de așa natură încât nu se pot termina în interiorul cristalului: dacă la un moment dat de pe suprafața cristalului o dislocare intră în cristal, aceasta înseamnă că altundeva pe suprafață părăsește cristalul.
Schema apariției unei bucle de dislocare (inel) Scheme a apariției locurilor vacante (b) prin anihilarea a două luxații de semn opus (a). De fapt, aplicarea directă a unei forțe exterioare de deformare pentru formarea luxațiilor nu este necesară. O astfel de forță poate fi tensiuni termice care apar în timpul cristalizării sau, de exemplu, solicitări similare în regiunea incluziunilor străine dintr-un lingou de metal care se solidifică în timpul răcirii topiturii etc. În cristalele reale, planuri suplimentare suplimentare pot apărea simultan în diferite părți. a cristalului. Planul suplimentar și, prin urmare, dislocațiile, sunt mobile în cristal. Aceasta este prima lor caracteristică importantă. A doua caracteristică a luxațiilor este interacțiunea lor cu formarea de noi luxații, bucle de dislocare similare cu cele prezentate în figurile de mai jos și chiar cu formarea de locuri vacante din cauza anihilării a două luxații de semn opus.
Rezistența mecanică a metalelor. Modelul lui Frenkel. Forța distructivă este de obicei numită stres și notată σ. Conform acestui model, rezistența σ crește mai întâi pe măsură ce deplasarea de-a lungul axei x crește și apoi scade la zero de îndată ce planurile atomice se deplasează cu o distanță interatomică a. La x>a, valoarea lui σ crește din nou și din nou scade la zero la x=2a etc., adică σ(x) este o funcție periodică care poate fi reprezentată ca σ = A sin (2 π x/a ) , pentru regiunea de mic x A = G /(2π), unde G este modulul lui Young. O teorie mai riguroasă a dat ulterior o expresie rafinată σ m ax = G /30. Schema deplasării planurilor atomice (a) și dependența tensiunii de distanța în cristal (b).
Valori experimentale și teoretice ale rezistenței la forfecare a unor metale. Model cu role de deplasare a planurilor atomice ale unui cristal | F 1 + F 2 |=| F 4 + F 5 | întregul sistem de role este în echilibru. Este necesar doar să schimbați ușor echilibrul de forțe printr-o influență externă slabă, iar rândul superior de role se va mișca. Prin urmare, mișcarea unei dislocații, adică a unui set de atomi defecte, are loc la sarcini mici. Teoria dă σ m ax, care deplasează dislocarea, sub forma este perioada rețelei cristaline. Presupunând a = d, ν = 0,3, obținem valorile lui σ m ax în ultima coloană a tabelului, din care se poate observa că sunt mult mai apropiate de cele experimentale.
Schema mișcării omizii Scheme ale mișcării de tip luxație: a - luxație de tracțiune, b - luxație compresivă, c - mișcare de covor. „Mai întâi, să încercăm să târăm omida de-a lungul pământului. Pentru a face acest lucru, se pare, nu este ușor, necesită un efort considerabil. Ele se datorează faptului că încercăm să smulgem simultan toate perechile de picioare de omizi de pe sol. Omida însăși se mișcă într-un mod diferit: rupe doar o pereche de picioare de la suprafață, le poartă prin aer, le coboară la pământ, apoi repetă același lucru cu următoarea pereche de picioare etc., etc. După în acest fel toate perechile de picioare vor fi transferate prin aer, întreaga omida în ansamblu va deplasa distanța pe care fiecare dintre perechile de picioare s-a deplasat pe rând. Omida nu trage niciuna dintre perechile de picioare de-a lungul solului. De aceea se târăște ușor.
Modalități de a controla defectele de dislocare. Fixare cu impurități. Un atom de impuritate interacționează cu o dislocare, iar mișcarea unei astfel de dislocații, îngreunată de atomi de impuritate, este împiedicată. Prin urmare, eficiența fixarii dislocațiilor prin atomi de impurități va fi determinată de energia de interacțiune E, care, la rândul ei, constă din două componente: E 1 și E 2. Prima componentă (E 1) este energia interacțiunii elastice, iar a doua. (E 2) este energia interacțiunii electrice. Fixare prin particule străine. Particulele străine sunt incluziuni microscopice ale unei substanțe care diferă de metalul de bază. Aceste particule sunt introduse în topitura metalică și rămân în metal după solidificarea acestuia când topitura este răcită. În unele cazuri, aceste particule intră în interacțiune chimică cu metalul de bază, iar apoi aceste particule sunt deja un aliaj. Mecanismul de fixare a dislocației de către astfel de particule se bazează pe diferitele viteze de mișcare a dislocației în matricea metalică și în materialul particulelor străine. Fixarea prin includeri a fazei a doua. A doua fază este înțeleasă ca separarea (precipitații) unei concentrații în exces a unei impurități în comparație cu concentrația de echilibru dintr-o soluție metal-impuritate. Procesul de separare se numește descompunerea unei soluții solide. Intercalarea luxațiilor. La o densitate mare de luxații într-un metal, acestea se împletesc. Acest lucru se datorează faptului că unele dislocații încep să se deplaseze de-a lungul planurilor de alunecare care se intersectează, împiedicând celelalte să se miște.
Vedere calitativă a curbei de solubilitate. Dacă cristalul conținea o concentrație de C m la o temperatură T m și s-a răcit rapid, atunci va avea o concentrație de C m la temperaturi scăzute, de exemplu, la T 1, deși concentrația de echilibru ar trebui să fie C 1. Un exces concentrația ΔC \u003d C m - C 1 ar trebui să fie la o încălzire suficient de lungă pentru a ieși din soluție, deoarece numai în acest caz soluția va avea o stare de echilibru stabilă corespunzătoare energiei minime a sistemului A 1- x B x.
Metode de detectare a luxațiilor a) Micrografie (microscop electronic cu transmisie, TEM) a unui cristal Sr. Ti. O 3 care conține două luxații de margine (100) (marcate în figură). b) Reprezentarea schematică a unei dislocare a muchiei. c) Micrografie a suprafeței cristalului Ga. As (obținut într-un microscop cu scanare tunel). Există o dislocare a șurubului în punctul C. d) Schema dislocarii unui surub.
Vizualizarea dislocațiilor cu ajutorul unui microscop electronic cu transmisie. a) Liniile întunecate pe un fundal luminos sunt linii de dislocare din aluminiu după o întindere de 1%. b) Motivul contrastului regiunii de dislocare - și curbura planurilor cristalografice duce la difracția de electroni, care slăbește fasciculul de electroni transmis
a) Gravare gropi pe suprafața (111) de cupru curbat; b) pe suprafaţa (100) c) (110) de Al recristalizat -0,5% Mn. Luxațiile pot fi, de asemenea, făcute vizibile într-un microscop optic convențional. Deoarece zonele din jurul punctului de ieșire a dislocației de pe suprafață sunt mai susceptibile la gravare chimică, pe suprafață se formează așa-numitele gropi de gravare, care sunt clar vizibile într-un microscop optic. Forma lor depinde de indicii Miller ai suprafeței.
Pentru a obține un material metalic cu rezistență crescută, este necesar să se creeze un număr mare de centre de fixare a dislocației, iar astfel de centre trebuie să fie distribuite uniform. Aceste cerințe au condus la crearea superaliajelor. Materiale metalice funcționale noi. „Proiectarea” structurii aliajelor Un superaliaj este cel puțin un sistem cu două faze în care cele două faze diferă în primul rând în gradul de ordine în structura atomică. Superaliajul există în sistemul Ni-Al. În acest sistem, se poate forma un amestec obișnuit, adică un aliaj cu o distribuție aleatorie a atomilor de Ni și Al. Acest aliaj are o structură cubică, dar nodurile cubului sunt înlocuite cu atomi de Ni sau Al, aleatoriu. Acest aliaj dezordonat se numește faza γ.
Alături de faza γ - din sistemul Ni - A l se poate forma și un compus intermetalic Ni 3 A l cu structură cubică, dar ordonată. Cuboizii Ni 3 A l se numesc γ ‘-faza. În faza γ', atomii de Ni și Al ocupă locurile rețelei cubice deja conform unei legi stricte: există trei atomi de nichel per atom de aluminiu. Schema deplasării dislocațiilor într-un cristal ordonat
Schema C de fixare prin dislocare prin includeri ale unei alte faze. DD este o luxație în mișcare. Pentru a obține un superaliaj, nichelul este topit și amestecat cu aluminiu. Când amestecul topit este răcit, faza γ dezordonată se solidifică mai întâi (temperatura sa de cristalizare este ridicată), apoi se formează mici cuboizi ale fazei γ' în interiorul acesteia pe măsură ce temperatura scade. Prin variarea vitezei de răcire, este posibil să se controleze cinetica formării și, prin urmare, dimensiunile incluziunilor fazei γ' Ni 3 A l.
Următorul pas în dezvoltarea materialelor metalice de înaltă rezistență a fost producerea de Ni3Al pur fără faza y. Vedere a structurii de mozaic cu granulație fină a metalului. Acest material este foarte fragil: ciobirea are loc de-a lungul granițelor structurii mozaic. Aici sunt relevate alte tipuri de defecte, în special de suprafață. Într-adevăr, pe suprafața cristalului există o rupere a legăturilor chimice, adică o încălcare este o rupere a câmpului cristalin și acesta este principalul motiv pentru formarea unui defect. Legăturile chimice rupte sunt nesaturate, iar în contact sunt deja deformate și, prin urmare, slăbite. Schema de rupere a legăturilor chimice de pe suprafața unui cristal.
Pentru a elimina aceste defecte, este necesar: - fie să se producă un material monocristal care să nu conțină boabe-cristalite individuale; —sau găsiți un „tampon” sub formă de impurități care nu ar pătrunde în cantități vizibile în volumul de Ni3Al, dar ar fi bine adsorbit la suprafață și ar umple locurile libere. Impuritățile izovalente au cea mai mare afinitate pentru locurile vacante, adică impuritățile ai căror atomi sunt în aceeași grupă a tabelului periodic cu atomul îndepărtat din rețeaua cristalină și formând un loc vacant. Superaliajele Ni 3 Al și Ni 3 Al sunt acum utilizate pe scară largă ca materiale rezistente la căldură la temperaturi de până la 1000°C. Superaliaje similare pe bază de cobalt au o rezistență oarecum mai mică, dar o păstrează până la o temperatură de 1100°C. Alte perspective sunt asociate cu prepararea compușilor intermetalici Ti. Al și T i 3 A l în forma sa pură. Piesele realizate din acestea sunt cu 40% mai ușoare decât aceleași piese din superaliaj de nichel.
Aliaje cu deformare usoara sub sarcina. Metoda de creare a unor astfel de materiale metalice este fabricarea unei structuri cu granule de cristalit de dimensiuni foarte mici. Boabele mai mici de 5 µm alunecă unele peste altele sub sarcină fără a se rupe. O probă constând din astfel de boabe rezistă fără distrugere la tensiunea relativă Δ l / l 0 = 10, adică lungimea probei crește cu 1000% din lungimea inițială. Acesta este efectul superplasticității. Se explică prin deformarea legăturilor în contactele cu cereale, adică printr-un număr mare de defecte de suprafață. Metalul superplastic poate fi prelucrat aproape ca plastilina, dându-i forma dorită, iar apoi o parte dintr-un astfel de material este tratată termic pentru a îngroșa boabele și răcită rapid, după care efectul superplasticității dispare, iar piesa este utilizată pentru scopul său. scop. Principala dificultate în obținerea metalelor superplastice este realizarea unei structuri granulare fin dispersate.
Pulberea de nichel este obținută în mod convenabil prin levigare, în care aliajul Al-Ni este zdrobit cu alcali Na. OH leviga aluminiul și obține o pulbere cu un diametru de particule de aproximativ 50 nm, dar aceste particule sunt atât de active din punct de vedere chimic încât sunt folosite ca catalizator. Activitatea pulberii se explică printr-un număr mare de defecte de suprafață - legături chimice suspendate capabile să atașeze electronii din atomii și moleculele adsorbite. Schema de cristalizare rapidă a unei topituri de metal pulverizată pe o centrifugă: 1 - gaz de răcire; 2 - se topește; 3 - jet de topire; 4 - particule mici; 5 - disc rotativ Schema de presare dinamică a pulberilor metalice: 1 - proiectil, 2 - pulbere, 3 - matriță, 4 - țeavă de pistol
Metoda de glazurare cu laser. Termenul este împrumutat de la producția de porțelan (ceramice). Cu ajutorul radiației laser, un strat subțire este topit pe suprafața metalului și se aplică o răcire rapidă la viteze de ordinul a 10 7 K/s. Cazul limitativ al călirii ultrarapide este producerea de metale și aliaje amorfe - sticle metalice.
Metale şi aliaje supraconductoare Material Al V In Nb Sn Pb Nb 3 Sn Nb 3 Ge T c, K 1, 19 5, 4 3, 4 9, 46 3, 72 7, 18 18 21. . . 23În 1911, în Olanda, Kamerling-Onnes a descoperit că rezistivitatea mercurului scade la zero la punctul de fierbere al heliului lichid (4,2 K)! Trecerea la starea supraconductoare (ρ = 0) s-a produs brusc la o anumită temperatură critică T c. Până în 1957, fenomenul supraconductivității nu avea nicio explicație fizică, deși lumea era ocupată să caute din ce în ce mai mulți supraconductori. Deci, până în 1987, erau cunoscute aproximativ 500 de metale și aliaje cu valori diferite ale Tc. Compușii de niobiu au avut Tc maxim.
Curent continuu. Dacă un curent electric este excitat într-un inel metalic, atunci la temperatura normală, de exemplu, a camerei, acesta scade rapid, deoarece fluxul de curent este însoțit de pierderi de căldură. La T ≈ 0, curentul din supraconductor devine neamortizat. Într-unul dintre experimente, curentul a circulat timp de 2,5 ani până când a fost oprit. Deoarece curentul curge fără rezistență și cantitatea de căldură generată de curentul Q \u003d 0,24 I 2 Rt, atunci în cazul R \u003d 0, pur și simplu nu există pierderi de căldură. Nu există radiație în inelul supraconductor datorită cuantizării. Dar într-un atom, impulsul și energia unui electron sunt cuantificate (iau valori discrete), iar în inel, curentul, adică întregul set de electroni. Astfel, avem un exemplu de fenomen de cooperare - mișcarea tuturor electronilor dintr-un corp solid este strict coordonată!
Efectul Meissner a fost descoperit în 1933. Esența lui este că un câmp magnetic extern la T< Т с не проникает в толщу сверхпроводника. Экспериментально это наблюдается при Т=Т с в виде выталкивания сверхпроводника из магнитного поля, как и полагается диамагнетику. Этот эффект объясняется тем, что в поверхностном слое толщиной 0, 1 мкм внешнее магнитное поле индуцирует постоянный ток, но тепловых и излучательных потерь нет и в результате вокруг этого тока возникает постоянное незатухающее магнитное поле. Оно противоположно по направлению внешнему полю (принцип Ле-Шателье) и экранирует толщу сверхпроводника от внешнего магнитного поля. При увеличении Н до некоторого значения Н с сверхпроводимость разрушается. Значения Н с лежат в интервале 10 -2 . . . 10 -1 Т для различных сверхпроводников. http: //www. youtube. com/watch? v=bo 5XTURGMTM
Dacă nu ar exista efectul Meissner, un conductor fără rezistență s-ar comporta diferit. La trecerea la o stare fără rezistență într-un câmp magnetic, acesta ar reține câmpul magnetic și l-ar reține chiar și atunci când câmpul magnetic extern a fost îndepărtat. Ar fi posibil să se demagnetizeze un astfel de magnet doar prin creșterea temperaturii. Acest comportament, însă, nu este observat experimental.
Pe lângă supraconductorii considerați, care au fost numiți supraconductori de primul fel, au fost descoperiți supraconductori de al doilea fel (A. V. Shubnikov, 1937; A. Abrikosov, 1957). În ele, un câmp magnetic extern, la atingerea unui anumit H c1, pătrunde în probă, iar electronii, ale căror viteze sunt direcționate perpendicular pe H, încep să se miște în cerc sub influența forței Lorentz. Există fire de vortex. „Butonul” firului este obținut de un metal nesuperconductor, iar electronii supraconductori se mișcă în jurul acestuia. Ca urmare, se formează un supraconductor mixt, format din două faze - supraconductor și normal. Numai când se atinge o altă valoare mai mare a H c 2 , filamentele, extinzându-se, se apropie unul de celălalt, iar starea supraconductoare este complet distrusă. Valorile lui H c2 ajung la 20. . . 50 T pentru supraconductori precum Nb 3 Sn și Pb. Mo 6 O 8 respectiv.
Schema structurii Josephson: 1-strat dielectric; 2-superconductori Structura este formată din doi supraconductori separați printr-un strat dielectric subțire. Această structură se află la o anumită diferență de potențial specificată de o tensiune externă V. Din teoria dezvoltată de Feynman, expresia curentului I care curge prin structură urmează: I= I 0 sin [(2e. V/h)t+ φ 0] , unde I 0 = 2Kρ/h (K este constanta de interacțiune a ambilor supraconductori din structura Josephson; ρ este densitatea particulelor care transportă curentul supraconductor). Valoarea φ 0 = φ 2 - φ 1 este considerată diferența de fază a funcțiilor de undă ale electronilor în supraconductori în contact. Se poate observa că chiar și în absența unei tensiuni externe (V = 0), prin contact trece un curent continuu. Acesta este efectul staționar Josephson. Dacă plasați structura Josephson într-un câmp magnetic, atunci fluxul magnetic Ф determină o modificare a Δ φ și, ca rezultat, obținem: I= I 0 sinφ 0 cos (Ф / Ф 0), unde Ф 0 este cuantumul a fluxului magnetic. Valoarea lui Ф 0 = h s / e este de 2,07 10 -11 T cm 2. O valoare atât de mică de Ф 0 face posibilă fabricarea contoarelor de câmp magnetic ultrasensibile (magnetometre) care detectează câmpuri magnetice slabe din biocurenții creierului și inimii .
Ecuația I \u003d I 0 sin [(2e. V / h) t + φ 0] arată că, în cazul lui V ≠ 0, curentul va oscila cu o frecvență f \u003d 2 e. V/h. Numeric, f se încadrează în domeniul microundelor. Astfel, joncțiunea Josephson vă permite să creați un curent alternativ folosind o diferență de potențial constantă. Acesta este efectul Josephson non-staționar. Un curent alternativ Josephson, la fel ca un curent obișnuit într-un circuit oscilator, va radia unde electromagnetice, iar această radiație este de fapt observată în experiment. Pentru contactele Josephson S - I - S de înaltă calitate, grosimea stratului dielectric I trebuie să fie extrem de mică - nu mai mult de câțiva nanometri. În caz contrar, constanta de cuplare K, care determină curentul I 0 , este mult redusă. Dar stratul izolator subțire se degradează în timp din cauza difuziei atomilor din materialele supraconductoare. În plus, un strat subțire și o constantă dielectrică semnificativă a materialului său duce la o capacitate electrică mare a structurii, ceea ce limitează utilizarea sa practică.
Idei calitative de bază despre fizica fenomenului de supraconductivitate. Mecanismul de formare a perechilor Cooper Să considerăm o pereche de electroni e 1 și e 2 , care sunt respinși de interacțiunea Coulomb. Dar există o altă interacțiune: de exemplu, electronul e 1 atrage unul dintre ionii I și îl deplasează din poziția de echilibru. Ionul I creează un câmp electric care acționează asupra electronilor. Prin urmare, deplasarea sa va afecta și alți electroni, de exemplu, e 2. Astfel, are loc interacțiunea electronilor e 1 și e 2 prin rețeaua cristalină. Electronul atrage ionul, dar din moment ce Z 1 > Z 2, electronul, împreună cu ionul „înveliș”, are o sarcină pozitivă și atrage al doilea electron. La T > T c, mișcarea termică unge „învelișul” ionic. Deplasarea unui ion este excitarea atomilor rețelei, adică nimic mai mult decât nașterea unui fonon. În tranziția inversă, un fonon este emis și este absorbit de un alt electron. Deci interacțiunea electronilor este schimbul de fononi. Ca rezultat, întregul colectiv de electroni din solid este legat. La fiecare moment dat, un electron este mai puternic legat de unul dintre electronii din acest colectiv, adică întregul colectiv electronic, așa cum spuneam, este format din perechi de electroni. În cadrul unei perechi, electronii sunt legați de o anumită energie. Prin urmare, numai acele influențe care depășesc energia de legătură pot afecta această pereche. Se dovedește că coliziunile obișnuite schimbă energia cu o cantitate foarte mică și nu afectează perechea de electroni. Prin urmare, perechile de electroni se mișcă într-un cristal fără ciocniri, fără împrăștiere, adică rezistența curentului este zero.
Aplicarea practică a supraconductorilor la temperatură joasă. Magneți supraconductori, din sârmă din aliaj supraconductor Nb 3 Sn. În prezent s-au construit deja solenoizi supraconductori cu câmp de 20 T. Sunt considerate promițătoare materiale care corespund formulei M x Mo 6 O 8, unde atomii de metal M sunt Pb, Sn, Cu, Ag etc. câmp magnetic (aproximativ 4 0 T) obţinut într-un solenoid din Pb. Mo 6 O 8. Sensibilitatea colosală a joncțiunilor Josephson la un câmp magnetic a servit drept bază pentru aplicarea lor în instrumente, echipamente medicale și electronice. SQUID este un senzor de interferență cuantică supraconductor utilizat pentru magnetoencefalografie. Pe baza efectului Meissner, o serie de centre de cercetare din diferite țări lucrează la levitația magnetică - „planând” deasupra suprafeței pentru a crea trenuri maglev de mare viteză. Dispozitive de stocare a energiei prin inducție sub formă de circuit cu curent continuu și o linie de transmisie a puterii (TL) fără pierderi de-a lungul firelor supraconductoare. Generatoare magnetohidrodinamice (MHD) cu înfășurări supraconductoare. Au o eficiență de conversie a energiei termice în energie electrică de 50%, în timp ce pentru toate celelalte centrale electrice nu depășește 35%.
Defectele cristalelor sunt împărțite în:
Zero-dimensionale
Unidimensional
2D
Defecte punctuale (zero-dimensionale) - încălcări de periodicitate în puncte de rețea izolate unele de altele; în toate cele trei dimensiuni nu depășesc una sau mai multe distanțe interatomice (parametri rețelei). Defectele punctuale sunt locuri libere, atomi în interstiții, atomi în locurile unei subrețele „străine”, atomi de impurități în locuri sau interstiții.
Locuri de munca- absenţa unui atom sau ion într-un nod al reţelei cristaline; Încorporat sau interstițial atomii sau ionii pot fi atât atomi intrinseci, cât și de impurități sau ioni care diferă de atomii principali ca mărime sau valență. Impurități de substituțieînlocuiți particulele substanței principale la locurile rețelei.
Liniar defecte (unidimensionale) – Principalele defecte ale liniei sunt luxațiile. Conceptul a priori al dislocațiilor a fost folosit pentru prima dată în 1934 de către Orowan și Theiler în studiul deformării plastice a materialelor cristaline pentru a explica diferența mare dintre rezistența practică și teoretică a metalului. Dislocare- acestea sunt defecte ale structurii cristaline, care sunt linii de-a lungul și lângă care se încalcă aranjamentul regulat al planurilor atomice caracteristice unui cristal.
Defecte de suprafață ale rețelei cristaline. Defectele rețelei de suprafață includ greșeli de stivuire și limite de cereale.
Concluzie: toate tipurile de defecte, indiferent de cauza apariției lor, duc la o încălcare a stării de echilibru a rețelei și îi măresc energia internă.
