Defectconcentraties

Defectconcentraties verwijzen naar de hoeveelheid defecten in een kristallijn materiaal, uitgedrukt per latticeplaats of per volume. In een ideaal kristal ontbreken defecten, maar in vrijwel alle materialen bestaan defecten altijd in geringe aantallen. De belangrijkste defecttypes zijn vacancies (lege roosterplaatsen), interstitie-defecten (atomen die zich op interstitiële locaties bevinden), Frenkel-defecten (een vacancy met een bijbehorende interstitie) en Schottky-defecten (paren van lege plaatsen op beide subroosters in ionische kristallen). Substitutieve defecten ontstaan wanneer een atoomsoort een andere vervangt.

In evenwicht hangen defectconcentraties af van temperatuur en chemische samenstelling. Ze volgen vaak een Arrhenius-type relatie: c ∝ exp(-E_f / k_B T), waarbij E_f de vormingsenergie van het defect is. Daardoor nemen defectconcentraties toe bij hogere temperaturen. Voor veel metalen ligt de vacanconcentratie bij kamertemperatuur tussen ongeveer 10^-6 en 10^-4; bij hoge temperatuur kan die stijgen naar 10^-3 of hoger. In ionische kristallen kunnen Schottky- en Frenkel-defecten dominante vormen zijn, afhankelijk van de kristalstructuur en bindingen.

Defectconcentraties bepalen belangrijke materiaaleigenschappen: diffusie en creep bij hoge temperatuur, elektrische en thermische geleidbaarheid, en mechanische sterkte. Ze kunnen ook worden beïnvloed door verontreinigingen of verwerking. Praktisch worden defecten gemeten met technieken zoals positronen-annihilatie-spectroscopie, röntgendiffractie met diffuse intensiteit en andere spectroscopische methoden.

Samengevat vormen defectconcentraties een fundamentele parameter in de materiaalkunde die het gedrag van materialen onder verschillende omstandigheden bepaalt.