بررسی نقص‌های بلوری در مقیاس نانو

حفره، به فقدان یک اتم در شبکه‌ی بلوری ماده اطلاق می‌شود. این نقص روی
خواص الکترونیکی و مکانیکی ماده تأثیر داشته، چگونگی انتقال گرما درون ماده
را مشخص می‌کند؛ بنابراین لازم است که بدانیم این نقص‌ها چگونه با کوچک شدن
ذرات تشکیل می‌شوند. اما درک این موضوع ساده نیست.

برای بررسی این مسئله، گریگوری گوسبیرز، از دانشگاه کاتولیک لوون، یک مدل
نظری ارائه کرده‌است که نشان می‌دهد حفره‌ها در نانوذرات بسیار ساده‌تر از
مواد توده‌ای تشکیل می‌شوند. آنها دریافتند که با کوچک شدن اندازه‌ی ذرات،
مقدار حفره‌ها با افزایش دما، افزایش چشمگیری می‌یابند. این یافته‌ها نشان
می‌دهد که چگونه می‌توان با استفاده از حفره‌ها خواص مکانیکی، الکترونیکی و
گرمایی مواد را اصلاح کرد.
 

از دیدگاه نظری، مقدار حفره‌ها می‌تواند با استفاده از معادله آرنیوس توضیح
داده شود:«با کاهش اندازه‌ی ذرات، آنتالپی و انرژی تشکیل حفره‌ها کاهش می‌یابد،
بنابراین تعداد حفره افزایش می یابد. با ایجاد حفره در شبکه‌ی بلوری ماده و
اصلاح ساختار شبکه پیرامون نقص‌ها می‌توان شاخص‌های شبکه را کاهش داد و در
نتیجه شبکه بلوری را نرم‌تر کرد».

به‌دلیل پدیده‌ای موسوم به اثر هال- پتچ، با کاهش اندازه‌ی ذرات، سختی و
قدرت عملکرد مواد افزایش می‌یابد. نتایج این پروژه نشان داد که مواد دارای
ذرات کوچک‌تر، دقیقاً در دمای زیر نقطه‌ی ذوبشان سخت‌تر می‌شوند. دلیل این
امر کم شدن طول پیوندها و افزایش قدرات پیوندی است.

افزایش تعداد حفره منجر به پراکندگی الکترون‌ها در نقاط دارای حفره شده و
در نتیجه هدایت گرمایی و الکتریکی را کاهش می‌دهند. از آنجا که این حفره‌ها
منشأ خلل و فرج در مواد هستند، می‌توان از این پروژه در درک بهتر چگونگی
تشکیل آنها استفاده کرد. با توجه به اینکه ساختار نانوحفره‌ها برای استفاده
از آنها در حوزه‌های مختلف اهمیت زیادی دارد، بررسی این نانوحفره‌ها حائز
اهمیت است.