نقص شاتکی

طراحی از یک نقص شاتکی - یک جفت جای‌خالی کاتیون - جای‌خالی آنیون

نقص شاتکی الگو:به انگلیسی یکی از عیوب نقطه‌ای در بلورشناسی است که در سرامیک‌ها اتفاق می‌افتد و زمانی به وجود می‌آید که به تعداد استوکیومتری، کاتیون و آنیون از ساختار خارج شود. از آنجایی که سرامیک‌ها از یون‌های باردار تشکیل می‌شوند و باید شرایط خنثی بودن الکتریکی حفظ شود، عیوب در سرامیک‌ها به تنهایی اتفاق نمی‌افتد، یکی از انواع این عیوب یک جفت جای‌خالی کاتیون و آنیون است که به آن نقص شاتکی می‌گویند. مثلاً در ZnO، نقص شاتکی با تهی‌جایی یک یون Zn⁺² و یک یون O^-2 به وجود می‌آید یا در TiO₂ نقص شاتکی با حذف دو یون O^-2 و یک یون Ti⁺⁴ به وجود می‌آید. این جفت جای‌خالی در موادی با فرمول شیمیایی $\mathrm{M}\mathrm{X}$ دیده می‌شود و لزوماً در کنار یکدیگر نیستند همچنین تعداد نقص‌های شاتکی برابر با نصف تعداد جای‌خالی‌ها می‌باشد. در ساختارهای پیچیده‌تر مانند $\mathrm{M}\mathrm{X}{\phantom{A}}_2$ تعادل بار کریستال به صورت دو جای‌خالی آنیون و یک جای‌خالی کاتیون و در $\mathrm{M}{\phantom{A}}_2\mathrm{X}{\phantom{A}}_3$ به صورت سه جای‌خالی آنیون و دو حای‌خالی کاتیون می‌باشد.

تعداد نقص‌های شاتکی در یک کریستال با فرمول $\mathrm{M}\mathrm{X}$ از رابطه زیر بدست می‌آید:

$n_s\approx N.exp(\frac{-\mathrm{\Delta }{H}_S}{2kT})$

که در آن $\mathrm{n}{\phantom{A}}_s$ تعداد نقص‌های شاتکی، $N$ تعداد اتم‌های $M$ (اتم‌های غیر فلزی) تحت تأثیر نقص شاتکی در واحد حجم، $\mathrm{\Delta }{H}_S$ آنتالپی تشکیل یک نقص شاتکی، $k$ ثابت بولتزمن و $T$ دما برحسب کلوین می‌باشد.

نمونه‌ها

این گونه از نقص در ترکیبات به شدت یونی، به شدت کئوردینه و در ترکیباتی که در شبکه بلور آن‌ها تفاوت اندکی در اندازه کاتیون‌ها و آنیون‌ها وجود دارد مشاهده می‌شود.

مانند: Nacl - KCl - KBr - CsCl - AgBr

جستارهای وابسته

• بلورشناسی
• ناکاملی بلوری
• نقص فرنکل
• تهی‌جایی
• نشانه‌گذاری کروگر-وینک

منابع

• Alfred Seeger, Atomic defects in metals and semiconductors in Advances in Solid State Physics, Springer Berlin / Heidelberg, pp. 149-178, 1976.