Нарушение закона Холла-Петча в нанокристаллических материалах

Abstract

В эффекте Холла-Петча участок уменьшения твердости и предела текучести считается аномальными и пока не имеет объяснения. В данной работе предложен качественный механизм объяснения этой "аномалии", основанний на концепции передвижении атомов, согласно которой для изменения местоположения атомов (молекул) в конденсированных средах необходимо такое изменение квантовых состояний электронов участвующих в межатомных связях, которое уменьшают энергию химической связи. Известно, что в конденсированных средах электроны могут находится в двух квантовых состояниях: находясь в одном они усиливают химическую связь – связывающее состояние, а во втором они ослабляют ее – антисвязывающее cocтояние, и этим состояниям соответствуют связывающие и антисвязывающие зоны. При переходе электрона из связывающей зоны в антисвязывающюю зону, образуется антисвязывающие квазичастици (АКЧ) – электрон в антисвязывающей зоне и разорванная связь (дырка) в связываюшей зоне. Они уменьшают химическую связь всех тех атомов, около которых они появляются при своем тепловом движении. Чем больше концентрация АКЧ, больше ослабление химических связей и соответственно вероятность передвижения атома. В случае наночастиц начиная с определенных их размеров, АКЧ при своем движении достигая поверхность наночастицы, преимущественно отражаются от них и остаются в объеме наночастицы, повышая реальную концентрацию АКЧ, в отличии от расчетной в компактном твердом теле того же объема, откуда АКЧ могут свободно перейти в соседнюю область. С уменьшением размеров наночастиц растет реальная концентрация АКЧ и соответственно уменьшается твердость и предел текучести.