Vakants (materjaliteadus)

Elektronmikroskoobi pilt väävlivakantsidest molübdeen disulfiidi monokihis. Parempoolne ring tähistab nn. kaksik-vakantsi, väävliaatomid on puudu nii molübdeenikihi alt ja pealt. Teised on üksikud vakantsid, st väävliaatom puudub ainult ühel pool molübdeenikihti. Mõõtkavajoone pikkus on 1 nm.^[1]

Kristallograafias on vakants kristalli punktdefekti alaliik, mille puhul on aatom puudu ühes Bravais võre sõlmes.^[2]

Vakantsid esinevad looduslikult ja loomulikult kõigis kristallilistes materjalides. Igal suvalisel temperatuuril kuni materjali sulamistemperatuurini esineb teatud tasakaaluline kontsentratsioon vakantsete võresõlmede ja aatomitega täidetud võresõlmede vahel.^[2] Mõnede metallide sulamispunkti lähedal võib see suhe olla ligikaudu 1:1000.^[3]

Seda temperatuurisõltuvust saab modelleerida, kasutades seost:

${\displaystyle N_{\rm {v}}=N\exp \left({\frac {-Q_{\rm {v}}}{k_{\rm {B}}T}}\right)}$

kus N_von vakantside kontsentratsioon, Q_v on vakantsi tekkimiseks vajalik energia, k_B on Boltzmanni konstant, T on absoluutne temperatuur ja N on sõlmedes olemasolevate aatomite kontsentratsioon, mis omakorda on:

${\displaystyle N={\frac {\rho N_{\rm {A}}}{M}}}$

kus ρ on tihedus, N_A on Avogadro arv, ja M on molaarmass.

Vakants on kõige lihtsam punktdefekt. Vakantsid tekivad tahkumise käigus aatomite soojusliikumise, plastse deformatsiooni ja ioonidega pommitamise tõttu.

Enamikus rakendustes on vakantsid ebaolulised materjali kasutamise mõttes, kuna neid on vähe ja nad on jaotunud üle materjali ja üle kolme ruumimõõtme üsna ühtlaselt. Kui aga tegu on väga väikesemõõduliste ja ühes või enamas ruumimõõtmes oluliselt piiratud materjaliga, näiteks nanotorude või kahemõõtmeliste kihtidega, võivad vakantsid jm defektid materjali omadusi märgatavalt muuta.^[4]

Viited

1. Hong, J.; Hu, Z.; Probert, M.; Li, K.; Lv, D.; Yang, X.; Gu, L.; Mao, N.; Feng, Q.; Xie, L.; Zhang, J.; Wu, D.; Zhang, Z.; Jin, C.; Ji, W.; Zhang, X.; Yuan, J.; Zhang, Z. (2015). "Exploring atomic defects in molybdenum disulphide monolayers". Nature Communications. 6: 6293. Bibcode:2015NatCo...6.6293H. DOI:10.1038/ncomms7293. PMC 4346634. PMID 25695374.
2. Ehrhart, P. (1991) "Properties and interactions of atomic defects in metals and alloys", chapter 2, p. 88 in Landolt-Börnstein, New Series III, Vol. 25, Springer, Berlin
3. Siegel, R. W. (1978). "Vacancy concentrations in metals". Journal of Nuclear Materials. 69–70: 117–146. Bibcode:1978JNuM...69..117S. DOI:10.1016/0022-3115(78)90240-4.
4. "Defects And Disorder In Carbon Nanotubes" (PDF). Philip G. Collins. Vaadatud 8. aprillil 2020.

Välislingid

• Crystalline Defects in Silicon