III. Nepravilnosti i difuzija:do nanomaterijala

● Defekti kristalne rešetke● promjena entalpije i entropije govori da ćemo imati

ravnotežni broj defekata● dinamički defekti: pobuđivanje kristalne rešetke● statički defekti: pogreške u kristalnoj rešetki

Točkasti defekti kristalne rešetke● Praznina

● 1942, Huntington & Seitz: iz energije aktivacije sugerirali postojanje praznine

● 1947, Kirkendall: novi model difuzije● 1950: prihvaćeno postojanje praznina● 1960, Balluffi & Simmons:

povijesni pokus

● 1973: prebrojali 593800

točkica i pronašli 157

praznina i 9 dvostrukih.

● Praznine:● Schottkyev defekt● Frenkelov defekt● koliko ih ima?

● Primjesa/nečistoća● Međudjelovanje praznina: divakancija

Dislokacije

Dislokacije● 1934: plastična deformacija uzduž ravnina

odvija se pomoću linijskog defekta● 1956: elektronski mikroskop

● Objašnjenje granice elastičnosti:● za pomak ravnine potrebno prekinuti veze i opet ih

uspostaviti● u slučaju dislokacije veze treba prekinuti samo

atomima duž linije● cik-cak crta smanjuje broj tih atoma

● Dislokacije uzrokuju unutarnju elastičnu deformaciju kojoj pripada određeno unutarnje naprezanje.

● energija po jedinici duljine: W~μb2/K● oko 3eV po atomu; za 100 atoma (100nm) to je ogromna

energija u usporedbi s točkastim defektima● nastoje se osloboditi● nastoje se izravnati, linijska napetost: τ~μb2/K● sila prema središtu zakrivljenosti: F=τ/R● ako postoji vanjska sila σb, onda je ravnotežni polumjer

R=μb/Kσ

● Podrijetlo dislokacija● početak kristalizacije● veliko naprezanje, pred plastičnu deformaciju● mehanizam stvaranja dislokacije, kritično vanjsko

naprezanje: σ=2μb/KL● Otpor gibanju dislokacija

● Peierlsova sila● međudjelovanje s drugim defektima

Dvodimenzijski defekti

● pogreške u slijedu mrežnih ravnina● dislokacijski zidovi

● mala disorijentacija podzrna

● granice● kut?● trojni spoj● sraslaci● koherentne granice● i ...

● nanokristali● međukristalna zrna, i naročito trojni spojevi● razlika nano i mikro?

● Energija granice zrna

γ= nW ~ θ/b·μb2

Volumni defekti

● precipitati● višefazni materijal● zrak ili plin

Difuzija

● toplinsko gibanje● plinovi, tekućine, čvrsta tijela● važnost: na povišenim temperaturama se

ubrzava i omogućava proizvodnju odgovarajućih materijala

● 1930. uočeno da se difuzija ravna preko Arrheniusova zakona (koji je tek 1950. postao "prirodni zakon za aktivacijske procese")

● 1947. Kirkendall objavio rezultate povijesnog pokusa

Fickovi zakoni

● koeficijent difuzije● frekvencija preskoka● spontani proces● D(T) i D(c)

● Intersticijska difuzija● Substitucijska difuzija

Difuzija u mikrokristalima

Difuzija u nanokristalima

● povećan iznos difuzije● velik broj trojnih spojeva

Difuzija u amorfnim slitinama

● stvaranje i poništavanje vacancy-simplex tvorevina● Hung, Vinh and Kien, About the diffusion mechanism in amorphous

alloys, Journal of non-crystalline solids 356 (2010) 1213