Schottky-Defekt vs. Frenkel-Defekt: Unterschied und Vergleich

Key Take Away

1. Defektzusammensetzung: Schottky- und Frenkel-Defekte sind Arten von Punktdefekten in Kristallen. Ein Schottky-Defekt entsteht, wenn ein Paar entgegengesetzt geladener Ionen ihre Gitterplätze verlässt und eine Lücke entsteht. Ein Frenkel-Defekt, auch Versetzungsdefekt genannt, tritt auf, wenn ein Ion seinen korrekten Gitterplatz verlässt und sich zu einem Zwischengitterplatz bewegt, wodurch eine Leerstelle und ein Zwischengitter entsteht.
2. Auswirkung auf die Dichte: Bei einem Schottky-Defekt wird ein Ionenpaar aus dem Gitter entfernt, wodurch die Gesamtdichte des Kristalls verringert wird. Bei einem Frenkel-Defekt geht es jedoch nicht um die Entfernung von Ionen, sondern nur um eine Neuordnung innerhalb des Kristalls. Daher verändert es die Dichte nicht.
3. In bestimmten Kristallen häufig: Schottky-Defekte kommen am häufigsten in Kristallen mit einer hohen Koordinationszahl und ähnlich großen Kationen und Anionen vor, wie etwa Alkalihalogeniden. Frenkel-Defekte treten häufiger in Kristallen auf, bei denen der Unterschied in der Ionengröße erheblich ist, da kleinere Ionen dadurch leichter Zwischengitterplätze besetzen können. Dies ist bei Silberhalogeniden zu beobachten.

Was ist ein Schottky-Defekt?

Ein Schottky-Defekt wird auch als stöchiometrischer Defekt bezeichnet. Dies liegt daran, dass die gesamte chemische Zusammensetzung des Kristalls unabhängig von Leerstellen gleich ist. Es handelt sich um einen Punktdefekt, der entsteht, wenn gleich viele Anionen und Kationen aus dem Kristallgitter entfernt werden. Diese fehlenden Anionen und Kationen bilden an ihren Positionen Leerräume oder Lücken.

Diese kommen häufig in hochionischen Verbindungen wie Metall- und Alkalihalogeniden vor. Der Faktor, der diesen Defekt beeinflusst, ist die hohe Temperatur. NaCl, CsCl und KBr sind einige Beispiele für Schottky-Defekte.

Was ist ein Frenkel-Defekt?

Ein Frenkel-Defekt wird auch als nicht-stöchiometrischer Defekt bezeichnet. Dies liegt daran, dass die gesamte chemische Zusammensetzung des Kristalls geringfügig von seiner tatsächlichen Zusammensetzung abweicht, die Ladungsneutralität der Verbindung jedoch erhalten bleibt. Es handelt sich außerdem um einen der Punktdefekte, die häufig in Ionenkristallen oder Halbleitermaterialien vorkommen. Außerdem kommen sie häufig in Materialien vor, die große Unterschiede in der Größe von Anionen und Kationen aufweisen.

Es entsteht, wenn ein Kation von einer Zwischengitterstelle wandert und ein Kation-Zwischengitter entsteht. Dies geschieht aufgrund der hohen Temperatur, die zu einer erhöhten Beweglichkeit der Atome im Kristallgitter führt. AgBr, Pbl2 und ZnS sind einige Beispiele für Frenkel-Defekte.

Unterschied zwischen Schottky-Defekt und Frenkel-Defekt

1. Die Natur des Schottky-Defekts wird auch als stöchiometrischer Defekt bezeichnet, während andererseits die Natur des Frenkel-Defekts auch als nichtstöchiometrischer Defekt bezeichnet wird. 
2. Bei Schottky-Defekten soll die Dichte der Defekte gering sein, da die Leerstellen und Zwischengitterplätze in ausgewogener Weise gebildet werden. Im Gegensatz dazu ist beim Frenkel-Defekt die Dichte des Defekts hoch, da die Leerstellen und Zwischenräume unausgeglichen ausgebildet sind.      
3. Der Schottky-Defekt entsteht, wenn eine gleiche Anzahl von Anionen- und Kationenfehlstellen entsteht. Gleichzeitig entsteht der Frenkel-Defekt, wenn ein Kation aus einer Zwischengitterstelle wandert und ein Kation-Zwischengitter entsteht.
4. Der Schottky-Defekt kommt häufig bei hochionischen Verbindungen wie Metall- und Alkalihalogeniden vor. Andererseits kommt der Frenkel-Defekt häufig bei Verbindungen vor, die große Unterschiede in der Größe von Anionen und Kationen aufweisen.
5. Die Auswirkung der Dichte auf Schottky-Defekte besteht darin, dass sie die Kristalldichte verringert. Im Vergleich dazu gibt es beim Frenkel-Defekt keinen solchen Effekt der Dichte.
6. Der Schottky-Defekt kann sich auf die Änderung der mechanischen Eigenschaften auswirken und beispielsweise Sprödigkeit verursachen. Gleichzeitig entscheidet beim Frenkel-Defekt das Ausmaß der Defektbildung über die Veränderung der mechanischen Eigenschaften.
7. Der Schottky-Defekt beeinflusst die elektrische Leitfähigkeit einiger ionischer Verbindungen. Andererseits beeinflusst oder beeinträchtigt der Frenkel-Defekt die elektrischen Eigenschaften. 
8. Schottky-Defekte sind weniger stabil, wohingegen Frenkel-Defekte stabiler sind. 
9. Beispiele für Schottky-Defekte sind NaCl, CsCl und KBr. Beispiele für Frenkel-Defekte sind dagegen AgBr, Pbl₂und ZnS.

Vergleich zwischen Schottky-Defekt und Frenkel-Defekt

Parameter des Vergleichs	Schottky-Defekt	Frenkel-Defekt
Natur	Stöchiometrischer Defekt	Nichtstöchiometrischer Defekt
Signaldichte	Geringe Fehlerdichte	Hohe Fehlerdichte
Defektbildung	Es entsteht, wenn eine gleiche Anzahl an Anionen- und Kationenfehlstellen entsteht	Es entsteht, wenn ein Kation von einer Zwischengitterstelle wandert und ein Kation-Zwischengitter entsteht
Gemeinsame In	Sie kommen am häufigsten in hochionischen Verbindungen wie Metall- und Alkalihalogeniden vor	Sie kommen häufig in Verbindungen vor, die große Unterschiede in der Größe von Anionen und Kationen aufweisen
Auswirkung auf die Dichte	Verringern	keine Wirkung
Mechanische Eigenschaften	Sprödigkeit	Abhängig vom Ausmaß der Defektbildung
Elektrische Eigenschaften	Beeinflusst die elektrische Leitfähigkeit	Beeinflusst elektrische Eigenschaften
Stabilität	Weniger stabil	Stabiler
Beispiele	NaCl, CsCl, KBr	AgBr, Pbl2, ZnS

Bibliographie

1. https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2022/ta/d1ta10072f
2. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2515-7655/acbb29/meta

Letzte Aktualisierung: 21. August 2023