Блог компании BotHub. Автор: Катя @Lithium_vn. Обилие, доступность и различные преимущества мультикристаллических материалов сделали их широко распространенным сырьем для различных применений в сфере солнечной энергетики и, в целом, полупроводниковой индустрии, электроники и медицины, однако работа с ними сопровождается серьезными трудностями.

Использование мультикристаллических материалов усложняется наличием дефектов и неоднородностей свойств кристаллов по поверхности материала, связанных с различной кристаллографической ориентацией каждых отдельных зерен. Кроме того, работа с такими материалами требует наличие дорогостоящего оборудования и использование современных методов, затрачивающих много времени и неподходящих для образцов большой площади, что является насущной проблемой.

Другими словами: материал очень востребован во многих сферах промышленности, но имеет ряд особенностей, и не имеет достаточно эффективных способов работы с ними.

В данной статье я расскажу, какое решение данной проблемы было найдено исследователями, и для сравнения опишу современные используемые методы для определения кристаллографических ориентаций в мультикристаллических материалах.

Введение

Особенность мультикристаллических материалов заключается в существовании дефектов и необходимостью работы с ними. У разных дефектов различная природа, но по большей части нас будут интересовать именно поверхностные, связанные с наличием четких границ кристаллов (зерен). В свою очередь, четкие границы в материале возникают из-за различной ориентации зерен в пространстве. При различной кристаллографической ориентации зерен поверхность будет отличаться различными свойствами (особенно при ярких дефектах, ведущих к серьезной потере прочности), что в значительной степени осложняет как саму работу с мультикристаллическим материалом, так и (в особенности) его обработку.

Таким образом, почти все трудности, связанные с работой с мультикристаллическим материалом (формирование самого материала, его обработка), будут сводиться к распределению кристаллографических ориентаций каждого зерна. Возникновение дефектов, снижение твердости и прочности материала (следовательно – функциональности и долговечности), возникновение напряжений в местах дефектов – все это зависит от ориентации зерен, поэтому возможность отслеживать и влиять на ориентацию кристаллов играет важную роль в развитии промышленности.

А теперь обо всем поподробнее!

Мультикристаллические материалы – это твердые вещества, состоящие из множества маленьких кристаллических зерен разных размеров, форм и структур. Они содержат границы, отделяющие каждое зерно от другого, что вызывает резкое изменение кристаллографической ориентации – взаимного относительного расположения их кристаллических решеток. Каждые отдельные зерна обычно имеют случайную кристаллографическую ориентацию (при их естественном обособленном или совместном росте), но при определенных условиях обработки они могут быть одинаково направлены. Большинство неорганических твердых веществ, включая металлы, сплавы и многие виды керамики, обычно являются мультикристаллическими.

Важно уточнить, что все металлы и их сплавы имеют характерную кристаллическую структуру.