عيب شاغر

في علم البلورات ، الفراغ هو نوع من العيوب النقطية في البلورة حيث تكون ذرة مفقودة من أحد مواقع الشبكة . ^{[ 2 ]} تحتوي البلورات بطبيعتها على عيوب، يشار إليها أحيانًا باسم العيوب البلورية .

توجد الفراغات بشكل طبيعي في جميع المواد البلورية. عند أي درجة حرارة معينة، وصولاً إلى نقطة انصهار المادة، يوجد تركيز متوازن (نسبة مواقع الشبكة البلورية الفارغة إلى تلك التي تحتوي على ذرات). ^{[ 2 ]} عند نقطة انصهار بعض المعادن، يمكن أن تكون النسبة تقريبًا 1:1000. ^{[ 3 ]} يمكن نمذجة هذا التغير مع درجة الحرارة بواسطة

${\displaystyle N_{\rm {v}}=N\exp \left({\frac {-Q_{\rm {v}}}{k_{\rm {B}}T}}\right)}$

حيث N _{_v} هو تركيز الشواغر، وQ_{_v} هي الطاقة اللازمة لتكوين الشواغر، و k_{_B} هو ثابت بولتزمان ، وT هي درجة الحرارة المطلقة ، و N هو تركيز المواقع الذرية.

${\displaystyle N={\frac {\rho N_{\rm {A}}}{M}}}$

حيث ρ هي الكثافة، وNA _هو ثابت أفوجادرو ، و M هي الكتلة المولية .

هو أبسط أنواع العيوب النقطية. في هذا النظام، تغيب ذرة عن موقعها الذري المعتاد. تتشكل الفراغات أثناء التصلب نتيجة اهتزاز الذرات، وإعادة ترتيبها الموضعي، والتشوه اللدن ، والقصف الأيوني.

يمكن نمذجة عملية تكوين الفراغ ببساطة من خلال حساب الطاقة اللازمة لكسر الروابط بين ذرة داخل البلورة وذراتها المجاورة. بمجرد إزالة تلك الذرة من موقعها في الشبكة البلورية، تعود إلى سطح البلورة، ويُستعاد جزء من الطاقة نتيجة لتكوين روابط جديدة مع ذرات أخرى على السطح. مع ذلك، يُلاحظ وجود طاقة مضافة صافية، لأن عدد الروابط بين ذرات السطح أقل من عددها بين الذرات داخل البلورة.

في معظم التطبيقات، لا تُؤثر عيوب الفراغات على الغرض المقصود من المادة، إما لأنها قليلة جدًا أو موزعة في فضاء متعدد الأبعاد بطريقة تسمح للقوة أو الشحنة بالتحرك حول الفراغ . أما في حالة الهياكل الأكثر تقييدًا مثل أنابيب الكربون النانوية ، فيمكن للفراغات والعيوب البلورية الأخرى أن تُضعف المادة بشكل كبير. ^{[ 4 ]}

تُعدّ الفراغات ضرورية لانتشار الذرات في المواد الصلبة البلورية. تتحرك الذرات بالقفز إلى مواقع الشبكة البلورية الشاغرة المجاورة، وهي عملية تُعرف بانتشار الفراغات. تزداد أهمية هذه الآلية عند درجات الحرارة المرتفعة، حيث يرتفع تركيز الفراغات في حالة التوازن بشكلٍ أُسّي. يتحكم الانتشار بوساطة الفراغات في العديد من العمليات في علم المواد، بما في ذلك التلبيد والزحف والتحولات الطورية. على سبيل المثال، في النحاس النقي عند درجة حرارة 1000 كلفن، يبلغ تركيز الفراغات حوالي ذرة واحدة لكل 10000 ذرة. ^{[ 5 ]}

• عيب بلوري
• عيب شوتكي
• عيب فرينكل

• العيوب البلورية في السيليكون