Festkörperdefekte

Festkörperdefekte sind Abweichungen von der idealen, perfekten atomaren Anordnung in einem kristallinen Festkörper. Diese Defekte beeinflussen die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Materials erheblich, darunter Leitfähigkeit, Festigkeit, optische Eigenschaften und Reaktivität. Man unterscheidet im Wesentlichen zwischen null-, ein-, zwei- und dreidimensionalen Defekten.

Punktdefekte sind null-dimensionale Defekte und beinhalten Leerstellen, bei denen ein Atomgitterplatz unbesetzt ist, sowie Zwischengitteratome, die sich in den Zwischenräumen des Gitters befinden. Substitutionsatome sind Atome, die einen Gitterplatz eines anderen Atoms besetzen. Diese Defekte sind auf der atomaren Skala lokalisiert und spielen eine wichtige Rolle bei Diffusionsprozessen und der Dotierung von Halbleitern.

Linien- oder eindimensionale Defekte umfassen Versetzungen. Kantenversetzungen sind durch eine zusätzliche Halbebene von Atomen charakterisiert, die in das Kristallgitter eindringt. Schraubenversetzungen sind durch eine spiralförmige Verschiebung der atomaren Ebenen um eine Linie herum definiert. Versetzungen sind entscheidend für die mechanische Verformung von Kristallen, insbesondere bei der plastischen Deformation.

Flächen- oder zweidimensionale Defekte sind Grenzflächen. Dazu gehören Korngrenzen, die die Trennflächen zwischen verschiedenen Kristalliten in einem polykristallinen Material darstellen, sowie Oberflächen, die die äußeren Grenzen eines Festkörpers bilden. Diese Defekte können als Barrieren für die Bewegung von Versetzungen wirken oder Orte erhöhter Reaktivität sein.

Volumen- oder dreidimensionale Defekte sind größere Abweichungen von der perfekten Struktur. Beispiele hierfür sind Poren, Risse und Einschlüsse von Fremdphasen. Diese Defekte können die mechanische Festigkeit eines Materials stark herabsetzen und sind oft Ursachen für Materialversagen. Die Kontrolle und das Verständnis von Festkörperdefekten sind für die Entwicklung und Anwendung von Materialien in vielen technischen Bereichen unerlässlich.

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