Дефект Шоттки — это возбуждение занятости узлов в кристаллической решетке, приводящее к точечным дефектам, названным в честь Уолтера Х. Шоттки . В ионных кристаллах этот дефект образуется, когда противоположно заряженные ионы покидают свои узлы решетки и включаются, например, на поверхность, создавая противоположно заряженные вакансии . Эти вакансии образуются в стехиометрических единицах, чтобы поддерживать общий нейтральный заряд в ионном твердом теле.
Дефекты Шоттки состоят из незанятых анионных и катионных мест в стехиометрическом соотношении. Для простого ионного кристалла типа A − B + дефект Шоттки состоит из одной анионной вакансии (A) и одной катионной вакансии (B), или v•
А+ в
Б следуя обозначению Крёгера–Винка . Для более общего кристалла с формулой A x B y кластер Шоттки образуется из x вакансий A и y вакансий B, таким образом общая стехиометрия и нейтральность заряда сохраняются. Концептуально дефект Шоттки образуется, если кристалл расширяется на одну элементарную ячейку, чьи априорные пустые места заполняются атомами, которые диффундируют изнутри, тем самым создавая вакансии в кристалле.
Дефекты Шоттки чаще всего наблюдаются, когда существует небольшая разница в размерах между катионами и анионами, входящими в состав материала.
Химические уравнения в обозначениях Крёгера–Винка для образования дефектов Шоттки в TiO 2 и BaTiO 3 .
Схематически это можно проиллюстрировать с помощью двумерной диаграммы кристаллической решетки хлорида натрия :
Вакансии, составляющие дефекты Шоттки, имеют противоположный заряд, поэтому они испытывают взаимно притягивающую силу Кулона . При низкой температуре они могут образовывать связанные кластеры. Степень, в которой дефект Шоттки влияет на решетку, зависит от температуры, где более высокие температуры вокруг катионной вакансии также могут наблюдаться при наличии множественных анионных вакансий. Когда рядом с катионной вакансией находятся анионные вакансии, это будет препятствовать смещению энергии катиона.
Связанные кластеры обычно менее подвижны, чем разбавленные аналоги, поскольку для миграции всего кластера необходимо, чтобы несколько видов двигались согласованно. Это имеет важные последствия для многочисленных функциональных керамик, используемых в широком спектре приложений, включая ионные проводники , твердооксидные топливные элементы и ядерное топливо . [1]
Этот тип дефекта обычно наблюдается в высокоионных соединениях , высококоординированных соединениях и там, где есть только небольшая разница в размерах катионов и анионов, из которых состоит решетка соединения. Типичные соли, в которых наблюдается беспорядок Шоттки, это NaCl , KCl , KBr , CsCl и AgBr . [ необходима цитата ] Для инженерных приложений дефекты Шоттки важны в оксидах со структурой флюорита , таких как CeO2 , кубический ZrO2 , UO2 , ThO2 и PuO2 . [ необходима цитата ]
Обычно объем образования вакансии положителен: сжатие решетки из-за напряжений вокруг дефекта не компенсирует расширение кристалла за счет дополнительного числа узлов. Таким образом, плотность твердого кристалла меньше теоретической плотности материала.
