ในวิทยาศาสตร์วัสดุ ข้อบกพร่อง แบบแทรก (Interstitial defect) คือ ข้อบกพร่องเชิงผลึกแบบจุดชนิดหนึ่งซึ่งอะตอมชนิดเดียวกันหรือต่างชนิดกันเข้าไปอยู่ในตำแหน่งแทรกในโครงสร้างผลึกเมื่ออะตอมนั้นเป็นชนิดเดียวกับอะตอมที่มีอยู่แล้ว จะเรียกว่า ข้อบกพร่องแบบ แทรกตัวเอง (Self-interstitial defect ) หรืออีกทางหนึ่ง อะตอมขนาดเล็กในผลึก บางชนิด อาจเข้าไปอยู่ในตำแหน่งแทรกได้ เช่นไฮโดรเจนในแพลเลเดียมข้อบกพร่องแบบแทรกสามารถเกิดขึ้นได้จากการยิงผลึกด้วยอนุภาคพื้นฐานที่มีพลังงานสูงกว่าเกณฑ์การเคลื่อนที่ของผลึกนั้น แต่ก็อาจมีอยู่ได้ในความเข้มข้นเล็กน้อยในสภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ การมีอยู่ของข้อบกพร่องแบบแทรกสามารถเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของวัสดุได้

แนวคิดของสารประกอบแทรกเริ่มเกิดขึ้นในช่วงปลายทศวรรษ 1930 และมักเรียกว่าเฟสแฮกก์ตามชื่อของกุนนาร์ แฮกก์ [ ^{1 ] โดย}ทั่วไปโลหะทรานซิชันจะตกผลึกใน โครงสร้าง แบบหกเหลี่ยมอัดแน่นหรือแบบลูกบาศก์ศูนย์กลางหน้าซึ่งทั้งสองแบบสามารถพิจารณาได้ว่าประกอบด้วยชั้นของอะตอมที่อัดแน่นแบบหกเหลี่ยม ในแลตติสที่คล้ายคลึงกันมากทั้งสองแบบนี้มีช่องว่างหรือรูอยู่สองประเภท:

• มีรู ทรงสี่เหลี่ยมสองรูต่ออะตอมโลหะหนึ่งอะตอม กล่าวคือ รูนั้นอยู่ระหว่างอะตอมโลหะสี่อะตอม
• มีรูทรง แปดเหลี่ยมหนึ่งรูต่ออะตอมโลหะหนึ่งอะตอม กล่าวคือ รูนั้นอยู่ระหว่างอะตอมโลหะหกอะตอม

นักวิจัยรุ่นแรกๆ ได้เสนอแนะว่า:

• โครงสร้างผลึกโลหะไม่ได้รับผลกระทบจากอะตอมแทรกมากนัก
• ค่าการนำไฟฟ้าเทียบได้กับโลหะบริสุทธิ์
• มีองค์ประกอบหลากหลาย
• ชนิดของช่องว่างที่ถูกครอบครองนั้นถูกกำหนดโดยขนาดของอะตอม

สิ่งเหล่านี้ไม่ได้ถูกมองว่าเป็นสารประกอบ แต่เป็นสารละลาย เช่น คาร์บอน ในโครงผลึกโลหะ โดยมี "ความเข้มข้น" สูงสุดของอะตอมขนาดเล็กที่จำกัด ซึ่งถูกกำหนดโดยจำนวนช่องว่างที่มีอยู่

ความรู้ที่ละเอียดมากขึ้นเกี่ยวกับโครงสร้างของโลหะ และเฟสไบนารีและเทอร์นารีของโลหะและอโลหะ แสดงให้เห็นว่า:

• โดยทั่วไปที่ความเข้มข้นต่ำของอะตอมขนาดเล็ก เฟสนี้สามารถอธิบายได้ว่าเป็นสารละลาย และนี่ใกล้เคียงกับคำอธิบายในอดีตของสารประกอบแทรกตัวที่กล่าวถึงข้างต้น
• ที่ความเข้มข้นสูงของอะตอมขนาดเล็ก อาจพบเฟสที่มีโครงสร้างแลตติสแตกต่างกัน และเฟสเหล่านี้อาจมีอัตราส่วนทางเคมีที่ หลากหลาย

ตัวอย่างหนึ่งคือความสามารถในการละลายของคาร์บอนในเหล็ก เหล็กบริสุทธิ์ซึ่งมีความเสถียรในช่วงอุณหภูมิระหว่าง 910 °C ถึง 1390 °C เรียกว่าเหล็กแกมมา (γ-iron) จะเกิดเป็นสารละลายของแข็งกับคาร์บอนเรียกว่า ออส เท นไนต์หรือที่รู้จักกันในชื่อเหล็กกล้า

ข้อบกพร่องแบบแทรกตัวในตัวเอง คือข้อบกพร่องแบบแทรกตัวซึ่งประกอบด้วยอะตอมที่เหมือนกับอะตอมที่มีอยู่แล้วในโครงสร้างผลึกเท่านั้น

โครงสร้างของข้อบกพร่องแทรกซ้อนได้รับการกำหนดขึ้นจากการทดลองในโลหะและสารกึ่งตัวนำ บาง ชนิด

ตรงกันข้ามกับสิ่งที่อาจคาดหวังโดยสัญชาตญาณ อะตอมแทรกตัวส่วนใหญ่ในโลหะที่มีโครงสร้างที่ทราบจะมีโครงสร้างแบบ 'แยก' ซึ่งอะตอมสองอะตอมใช้ไซต์แลตติซเดียวกัน^{[ 2 ] [ 3 ]}โดยทั่วไปศูนย์กลางมวลของอะตอมทั้งสองจะอยู่ที่ไซต์แลตติซ และพวกมันจะถูกเลื่อนออกไปอย่างสมมาตรตามทิศทางแลตติซหลักทิศทาง ใดทิศทางหนึ่ง ตัวอย่างเช่น ใน โลหะ ลูกบาศก์หน้าศูนย์กลาง (fcc) ทั่วไปหลายชนิด เช่น ทองแดง นิกเกล และแพลทินัม โครงสร้างสถานะพื้นฐานของอะตอมแทรกตัวคือโครงสร้างอะตอมแทรกตัวแบบแยก [100] ซึ่งอะตอมสองอะตอมจะถูกเลื่อนไปในทิศทาง [100] บวกและลบจากไซต์แลตติซ ใน เหล็ก ลูกบาศก์ตัวศูนย์กลาง (bcc) โครงสร้างอะตอมแทรกตัวสถานะพื้นฐานก็คล้ายกันคืออะตอมแทรกตัวแบบแยก [110]

ช่องว่างที่แยกออกเหล่านี้มักถูกเรียกว่าช่องว่างรูปดัมเบล เพราะเมื่อวาดอะตอมสองตัวที่ประกอบเป็นช่องว่างด้วยทรงกลมขนาดใหญ่สองลูกและเส้นหนาที่เชื่อมต่อกัน โครงสร้างจะดูคล้ายกับอุปกรณ์ยกน้ำหนักรูปดั มเบล

ในโลหะ bcc อื่นๆ นอกเหนือจากเหล็ก เชื่อกันว่าโครงสร้างสถานะพื้นฐานตาม การคำนวณ ทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่น ล่าสุด คือ [111] crowdion interstitial ^{[ 4 ]}ซึ่งสามารถเข้าใจได้ว่าเป็นสายโซ่ยาว (โดยทั่วไปประมาณ 10–20) ของอะตอมตามทิศทางแลตติส [111] ซึ่งถูกบีบอัดเมื่อเทียบกับแลตติสที่สมบูรณ์แบบ โดยที่สายโซ่นั้นมีอะตอมเพิ่มมาหนึ่งอะตอม

ในสารกึ่งตัวนำ สถานการณ์จะซับซ้อนกว่า เนื่องจากข้อบกพร่องอาจมีประจุและสถานะประจุที่แตกต่างกันอาจมีโครงสร้างที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ในซิลิคอน ช่องว่างระหว่างอะตอมอาจมีโครงสร้างแบบแยก [110] หรือโครงสร้าง ช่องว่างระหว่าง อะตอมแบบทรงสี่เหลี่ยมด้าน เท่าก็ได้ ^{[ 5 ]}

คาร์บอน โดยเฉพาะในกราไฟต์และเพชร มีอะตอมคาร์บอนแทรกตัวที่น่าสนใจอยู่หลายชนิด ซึ่งเพิ่งค้นพบเมื่อเร็ว ๆ นี้โดยใช้ การคำนวณ การประมาณความหนาแน่นเฉพาะที่คือ "อะตอมคาร์บอนแทรกตัวแบบสไปโร" ในกราไฟต์ ซึ่งตั้งชื่อตามสไปโรเพนเทนเนื่องจากอะตอมคาร์บอนแทรกตัวอยู่ระหว่างระนาบฐานสองระนาบและยึดเหนี่ยวกันในรูปทรงเรขาคณิตที่คล้ายกับสไปโรเพนเทน^{[ 6 ]}

อะตอมเจือปนขนาดเล็กมักอยู่ตำแหน่งแทรกระหว่างอะตอมของโครงผลึก ส่วนอะตอมเจือปนขนาดใหญ่ก็อาจอยู่ในโครงสร้างแทรกแบบแยกส่วนร่วมกับอะตอมของโครงผลึก คล้ายกับอะตอมแทรกในตัวเอง

อนุภาคแทรกกลางจะเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของวัสดุ

• อะตอมคาร์บอนที่แทรกอยู่ระหว่างอะตอมอื่น ๆ มีบทบาทสำคัญต่อคุณสมบัติและกระบวนการผลิตเหล็ก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหล็กกล้าคาร์บอน
• สารเจือปนที่แทรกอยู่ภายในโครงสร้างสามารถนำไปใช้ได้ เช่น ในการกักเก็บไฮโดรเจนในโลหะ
• โครงผลึกสามารถขยายตัวได้ตามความเข้มข้นของสารเจือปนที่แทรกอยู่ภายใน
• การเปลี่ยนสภาพเป็นอสัณฐานของสารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิคอน ระหว่างการฉายรังสีไอออน มักอธิบายได้จากการสะสมของสารแทรกที่มีความเข้มข้นสูง ซึ่งในที่สุดจะนำไปสู่การยุบตัวของโครงสร้างผลึกเนื่องจากไม่เสถียร^{[ 7 ] [ 8 ]}
• การเกิดช่องว่างจำนวนมากในของแข็งสามารถนำไปสู่การสะสมพลังงานอย่างมาก ซึ่งเมื่อถูกปล่อยออกมาอาจนำไปสู่อุบัติเหตุร้ายแรงในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบเก่าบางประเภทได้ ( ปรากฏการณ์วิกเนอร์ ) สถานะพลังงานสูงเหล่านี้สามารถปลดปล่อยได้โดยการอบอ่อน
• อย่างน้อยในแลตติซ fcc อินเตอร์สติเชียลมีผลทำให้วัสดุอ่อนตัวแบบไดอะอิลาสติกมาก^{[ 9 ]}
• มีการเสนอว่าช่องว่างระหว่างอะตอมมีความเกี่ยวข้องกับการเริ่มต้นของการหลอมเหลวและ การเปลี่ยนสถานะ เป็นแก้ว^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}