奈米材料比塊材更容易產生缺陷
- 上線日期：2011/2/11 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
空位(Vacancy)是晶格中的點缺陷(lattice point defect)，是指晶格中缺少了原子的位置。比利時物理學家最近針對粒子尺寸縮小時空位的形成進行了理論研究，發現在奈米材料中比在塊材中更容易形成空位。這項成果有助於釐清缺陷在奈米結構中如何生長，以及空位如何影響奈米材料的特性。
空位會影響材料的電子、機械及熱傳特性，因此研究人員必須在粒子尺寸縮小時設法控制缺陷，對於奈米微粒尤然。根據魯文(Louvain)天主教大學的Gregory Guisbiers發展出的理論模型，空位在奈米材料中比在塊材中更容易形成，而且在較小的粒子中，空位的濃度會隨溫度升高而而大幅增加。
Guisbiers認為這項發現並不意外，因為一般認為空位與材料的內表面有關，而隨著粒子尺寸減少，表面-體積比會升高，空位濃度亦隨之增加。理論上，空位濃度遵守Arrehenius方程式，即形成空位所需的能量及熵(entropy)會隨著粒子縮小而下降，因此空位濃度會增加，而空位的出現會改變附近的晶格結構，導致「晶格軟化」(lattice softening)。
通常材料的硬度會隨著尺寸縮小而增加，此現象稱為Hall-Petch效應，Guisbiers的計算也顯示在溫度遠低於熔點時，粒子越小硬度越大，原因是鍵結長度縮減導致鍵結強度提升。
由於電子被散射及晶格軟化之故，空位濃度增加會導致奈米材料的導電及導熱性下降。Guisbiers指出，由於空位是孔洞(pore)的來源，因此他的理論模型也有助於了解奈米材料中孔洞的形成，而由於奈米多孔結構經常在各種應用中被當成基材使用，因此這方面的研究相當重要。
Guisbiers接下來將研究填隙式缺陷(interstitial defect)及錯位(dislocation)，以了解它們如何影響奈米材料的特性。詳見Journal of Physical Chemistry C | DOI: 10.1021/jp108041q。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/45036
譯者:蔡雅芝(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝
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