[科普中国]-位错应变能

位错应变能是指位错在晶体中引起畸变使晶体的内能增加的能量。位错在周围晶体中引起畸变，是晶体产生的畸变能。

定义位错在晶体中引起畸变使晶体的内能增加的能量。位错在周围晶体中引起畸变，是晶体产生的畸变能1。

位错位错又可称为差排(英语:dislocation)，在材料科学中，指晶体材料的一种内部微观缺陷，即原子的局部不规则排列(晶体学缺陷)。

从几何角度看，位错属于一种线缺陷，可视为晶体中已滑移部分与未滑移部分的分界线，其存在对材料的物理性能，尤其是力学性能，具有极大的影响。"位错"这一概念最早由意大利数学家和物理学家维托·伏尔特拉(Vito Volterra)于1905年提出。

形式理想位错主要有两种形式：刃位错(edge dislocations)和 螺旋位错(screw dislocations)。混合位错(mixed dislocations)兼有前面两者的特征。

数学上，位错属于一种拓扑缺陷，有时称为"孤立子"或"孤子"。这一理论可以解释实际晶体中位错的行为:可以在晶体中移动位置，但自身的种类和特征在移动中保持不变；方向(伯格斯矢量)相反的两个位错移动到同一点，则会双双消失，或称"湮灭"，若没有与其他位错发生作用或移到晶体表面，那么任何单个位错都不会自行"消失"(即伯格斯矢量始终保持守恒)2。

内容它包括两部分：

一是位错核心的能量；

二是核心外的能量，一般称为位错的应变能。

运用弹性力学计算单位长度位错应变能为：

1.对螺型位错 U应变= Gb/4π· ln(r1/r0)

2.对刃型位错U应变 =Gb·ln(r1/r0)/4π(1-γ),G是晶体的剪切模量，γ是泊松比，b是位错的柏格斯矢量的大小，r0是虎克定律失效的小区半径，可以理解为位错中小区的半径，r是弹性应力场的半径1。

注意事项对于位错核心因为那里原子错排严重，不能简化为连续弹性体；主要考虑对象是滑移面上，下面两层原子的相互作用能，它称为失配能或错排能，据估算，它大约为位错弹性应变能的十分之一3。

本词条内容贡献者为:

周敏 - 副教授 - 西南大学