Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Подобным образом создается молекула водорода: в разъединенных атомах водорода з-орбиты имеют сферическую симметрию с антипараллельной ориентацией спинов. При объединении атомов в молекулу образуется структура, показанная на рис. 1.2. В зависимости от того, симметричную или асимметричную структуру имеют молекулы, они могут быть неполярными и полярными. В неполярных молекулах центры положительных и отрицательных зарядов совпадают (рис. 1.3, а), в полярных они находятся на некотором расстоянии1друг от друга (рис. 1.3,6), в резуль-' тате чего образуется диполь, характеризующийся дипольным моментом т = д1 (д — заряд электрона). 24 Глава 1.
Электро изические свойства радиоматериалоа Н Н :С:С:С: Н: С:Н Н: С:Н Н : С!: :С:С:С: б Рис. 1.3 Ковалентная связь типична для органических молекул. Вместе с тем, она может иметь место и в твердых веществах. Примером могут служить атомы алмаза, кремния и германия, которые входят в четвертую группу периодической системы элементов. Они имеют валентность, равную четырем, и в твердом теле образуют структуру, в которой каждый атом связан ковалентными связями с четырьмя ближайшими своими соседями (рис.
1.3, в). В такой структуре происходит обобшествление валентных электронов, при котором каждый атом оказывается окруженным восемью обобществленными электронами. Такая связь характеризуется очень высокой прочностью. Металлическая связь возникает между атомами с небольшим числом валентных электронов, что характерно для металлов. При сближении таких атомов, как и при ковалентной связи, происходит перекрывание электронных оболочек и обобществление валентных электронов с той лишь разницей, что обобществленные электроны не локализуются вблизи своих атомов, а свободно перемещаются между атомами, образуя «электронный газ».
При этом атомы, отдавшие свои электроны, превращаются в положительные ионы, силы отталкивания между которыми уравновешиваются силами притяжения между ионами и электронами. В результате такой связи образуется кристаллическая структура, в которой атомы металла находятся на строго определенном расстоянии друг от друга в среде коллективизированных электронов (рис. 1.4). Щ Щ Щ Щ Рис.
1.4 Ионная связь возникает между атомами металлов, имеющими на внешней орбите один электрон, и атомами металлоидов, имеющими на внешней орбите семь электронов. В этом случае при сближении атомов происходит переход валентных электронов от металлического атома к металлоидному атому, в результате чего образуются разноименные ионы, между которыми возникает электростатическое притяжение. Так происходит, например, образование кристаллов хлористого натрия (л(аС1). В таких кристаллах каждый ион связан с шестью ионами противоположного знака, в результате чего образуется структура, показанная на рис. 1.5. Молекулярная связь возникает между молекулами с ковалентным характером внутримолекулярного взаимодействия. 25 1.1.
Общие сведения о строении вещества о Ионы Мв ° Ионы С! Рис. 1.5 Межмолекулярное притяжение возникает при согласованном движении вазентных электронов в соседних молекулах, то есть таком движении, когда в любой момент времени электроны соседних молекул максимально удалены друг от друга и максимально приближены к положительным зарядам ядер соседних молекул (рис.
1.6). Тогда силы притяжения валентных электронов ядром соседней молекулы оказываются сильнее сил взаимного отталкивания электронов оболочек этих молекул. За счет молекулярных связей образуется твердое состояние инертных газов, водорода, кислорода, азота. Молекулярная связь легко разрушается тепловым движением. Молекула 1 Молекула 2 Рис.
1.В Структура твердых тел Существуют две разновидности твердых тел: аморфные и кристаллические. Аморфные тела характеризуются случайным (хаотическим) расположением частиц (атомов, ионов или молекул). В кристаллических телах частицы расположены строго упорядоченно, на определенном расстоянии друг от друга, образуя пространственную кристаллическую решетку. Частицы, расположенные в узлах решетки, не могут покидать состояние равновесия, так как при удалении от этих положений появляются силы, стремящиеся вернуть их обратно.
Единственной формой движения этих частиц являются беспорядочные колебания около положения равновесия. Энергия каждого такого колебания квантована. Порцию энергии тепловых колебаний называют фононом. Кристаллические тела могут существовать в виде отдельных крупных кристаллов (монокристаллы) или же состоять из отдельных зерен (поликристаллы). 2В Глава 1. Электрофизические свойства радиоматериалов В поликристаллах в пределах каждого зерна частицы расположены периодически, но при переходе от одного зерна к другому на границах раздела эта периодичность нарушается.
Монокристаллы обладают анизотропией, то есть их механические, физические, тепловые и другие свойства различны в разных направлениях. Поликристаллы изотропны, то есть их свойства одинаковы во всех направлениях. Кристаллические тела состоят из большого числа одинаковых многогранников. Каждый такой многогранник называется элементарной ячейкой кристалла. Элементарные ячейки характеризуются длиной ребер а, Ь, с, называемых постоянными решетки, и углами между ребрами а, )), у (рис.
1.7). Оси х, у, ж совпадающие с ребрами а, Ь, с, называются кристаллографическими осями. За начало координат этих осей выбирают один из узлов решетки. х Рис. 1.7 Если а = Ь = с и а = В = 7 = 90', то такая решетка называется кубической. Кубические решетки имеют три разновидности. В простой кристаллической решетке (рис. 1.8) восемь атомов расположены в вершинах куба с координатами, указанными в скобках; 1(0, О, 0), 2(0, 1, 0), 3(1, 1, 0), 4(1, О, 0), 5(0, О, 1), 6(0, 1, 1), 7(1, 1, 1), 8(1, О, 1). За единицу в данном случае принята сторона элементарной ячейки. В объемоцентрированной решетке помимо восьми атомов, расположенных в вершинах куба, имеется девятый атом в центре куба с координатами (1/2, 1/2, 1/2).
В гранецентрированной решетке атом внутри куба отсутствует, но появляются атомы в центрах всех граней: 9(1/2, О, 1/2), 10(1/2, 1/2, 1), 11(1/2, 1, 1/2), 12(1/2, 1/2, 0), 13(1/2, 1/2, 1/2), 14(1, 1/2, 1/2). 2(0, 1, 0) 0) Рис. 1.8 1.1. Общие сведения о строении вещества Кристаллические решетки кремния и германия так же, как и решетка алмаза, состоят из двух гранецентрированных решеток, сдвинутых друг относительно друга на одну четверть диагонали куба.
Для наглядного ее представления разделим большой гранецентрированный куб на восемь маленьких кубов (на рис. 1.9 показаны три ю восьми маленьких кубов). Рис. 1.9 При этом в центрах четырех маленьких кубов появятся четыре дополнительных атома (атом 18 на рисунке не показан): 15(3/4, 1/4, 1/4), 16(1/4, 3/4, 1/4), 17(1/4, 1/4, 3/4), 18(3/4, 3/4, 3/4). Каждый из этих атомов соединен с четырьмя атомами в углах малого куба.
Так, например, атом 15 связан с атомами 4, 9, 12 и 14. Каждый атом, расположенный в углах малого куба, одновременно принадлежит четырем соседним маленьким кубам и связан с четырьмя атомами, расположенными в центрах этих кубов. В результате образуется пространственная кристаллическая решетка, в которой каждый атом связан с четырьмя соседними. Большинство материалов в твердом состоянии имеют только один определенный тип кристаллической решетки.
Однако некоторые ю веществ могут существовать в виде двух или нескольких кристаллических структур, это явление называется нслииорфизмом. Примером может служить углерод, который существует либо в виде графита, либо в виде алмаза. В решетке графита атомы углерода образуют двумерные слои (рис. 1 10).
В каждом из слоев атомы расположены так, что каждый из ннх окружен тремя соседями, находящимися на расстоянии г, = 0,142 нм, вследствие чего между ними возникают очень прочные ковалентные связи. Атомы, находящиеся в разных слоях на расстоянии г, = 0,36 нм, наоборот, очень слабо связаны между собой, поэтому графит менее прочен, чем алмаз. Твердые тела, имеющие кристаллическую структуру, обладают неоднородностью своих свойств в различных направлениях.
При определении свойств кристаллов принято указывать расположение кристаллографических плоскостей и направлений, перпендикулярных этим плоскостям. Для этого используют индексы Миллера. На рис. 1.11 показаны три возможных положения кристаллографических плоскостей, которые обозначаются тремя цифрами, заключенными в круглые скобки. гв Глава 1. Элект офизические свойства иомате иалов Плоскость (100) проходит через точку х = 1 и параллельна осям у и г.
Плоскость (110) проходит через точки х = 1 и у = 1 и параллельна оси г. Рис. 1.10 Рис. 1.11 Плоскость (111) проходит через точки х = 1, у = 1, г = 1. Направления, перпендикулярные соответствующим плоскостям, обозначаются тремя цифрами в квадратных скобках: 1100], 11101, [1111, Направление 1100] совпадает с направлением оси х, направление 11111 — с диагональю куба. Каждому из трех направлений соответствует различная плотность упаковки атомов (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
