Defecten kunnen inerte materialen inderdaad omzetten in bruikbare, actieve materialen door unieke eigenschappen of functionaliteiten te introduceren. Hier zijn een paar voorbeelden:

1. Halfgeleiders :In halfgeleidermaterialen kunnen defecten plaatselijke energietoestanden binnen de bandafstand creëren, waardoor de elektrische eigenschappen van het materiaal veranderen. Dit is het fundamentele principe achter transistors en andere halfgeleiderapparaten. Silicium, dat een intrinsieke halfgeleider is, kan bijvoorbeeld worden gedoteerd met specifieke onzuiverheden (bijvoorbeeld fosfor of boor) om respectievelijk n-type of p-type halfgeleiders te creëren. Deze defecten regelen de concentratie en het type ladingsdragers (elektronen of gaten) en maken de modulatie van elektrische stroom mogelijk.

2. Meekleurende materialen :Defecten kunnen fotochroom gedrag in materialen veroorzaken, waardoor ze van kleur of transparantie kunnen veranderen bij blootstelling aan licht. Deze eigenschap vindt toepassingen in verschillende technologieën, zoals slimme ramen, zonnebrillen en optische opslagapparaten. Bepaalde metaaloxidematerialen (bijvoorbeeld wolfraamoxide) kunnen bijvoorbeeld fotochromisme vertonen als gevolg van defecten die elektronen vasthouden en vrijgeven bij bestraling met licht, wat leidt tot een omkeerbare verandering in hun optische eigenschappen.

3. Ferromagnetisme in niet-magnetische materialen :Defecten kunnen ferromagnetisch gedrag veroorzaken in materialen die normaal gesproken niet-magnetisch zijn. Dit kan worden bereikt door magnetische onzuiverheden te introduceren of defecten te creëren die de reguliere kristalstructuur verstoren, wat resulteert in gelokaliseerde magnetische momenten. De introductie van zuurstofvacatures in zinkoxide (ZnO) kan bijvoorbeeld ferromagnetisme veroorzaken bij kamertemperatuur, waardoor potentiële toepassingen in spintronica en magnetische sensoren mogelijk worden.

4. Verbeterde katalytische activiteit :Defecten kunnen de katalytische activiteit van materialen aanzienlijk verbeteren. Door specifieke defecten te introduceren, kunnen de oppervlaktereactiviteit en adsorptie-eigenschappen van materialen worden gewijzigd, waardoor ze efficiëntere katalysatoren worden voor verschillende chemische reacties. Defecten in metaaloxiden zoals ceriumoxide (CeO2) of titania (TiO2) kunnen bijvoorbeeld hun katalytische prestaties verbeteren voor reacties zoals watersplitsing, afbraak van verontreinigende stoffen en brandstofcelreacties.

5. Luminescentie en scintillatie :Defecten kunnen fungeren als lichtgevende centra, waardoor materialen bij excitatie licht kunnen uitstralen. Deze eigenschap wordt gebruikt in fosforen voor verlichting, lasers en scintillatiedetectoren. De aanwezigheid van specifieke onzuiverheden of defecten in bepaalde kristallen (bijvoorbeeld zinksulfide, cadmiumtelluride) kan bijvoorbeeld leiden tot efficiënte luminescentie en scintillatie, waardoor ze waardevol worden voor toepassingen zoals röntgenbeeldvorming en stralingsdetectie.

Deze voorbeelden laten zien hoe defecten inerte materialen nuttige en actieve eigenschappen kunnen geven, waardoor ze toepasbaar worden in een breed scala aan technologieën, van elektronica en optica tot katalyse en detectie.