晶体的结构缺陷精简

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1、第三节晶体结构缺陷ImperfectionsincrystalsW样品的场离子(Fieldion)显微分析照片学习内容1、点缺陷2、固溶体3、非化学计量化合物4、固溶体的研究方法5、线缺陷（位错）NowWhatDoYouSee?VacancyInterstitial缺陷种类Imperfections,Defects1、点缺陷（Pointdefects）：最简单的晶体缺陷，在结点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构的正常排列。在空间三维方向上的尺寸都很小，约为一个、几个原子间距，又称零维缺陷。包括空位、间隙原子、杂质、溶质原子等。2、线缺陷（Lineardefects）：在一个

2、方向上的缺陷扩展很大，其它两个方向上尺寸很小，也称为一维缺陷。主要为位错。3、面缺陷（Interfacialdefects）：在两个方向上的缺陷扩展很大，其它一个方向上尺寸很小，也称为二维缺陷。包括晶界、相界、孪晶界、堆垛层错等。一点缺陷PointDefects分类：1）晶格位置缺陷（热缺陷）正常位置上的结点未出现原子，形成空位,本来不该有的地方出现了原子，称为填隙原子。形成原因：热起伏（主要是温度变化）2）组成缺陷（杂质缺陷）外来杂质进入晶格中。形成原因：杂质引起3）电子缺陷（非化学计量化合物）晶体中某些个别电子处于激发态，离开原来位置形成自由电子形成原因：气氛热缺陷杂质

3、缺陷1热缺陷种类肖特基（Schottky）空位：原子迁移到晶体表面或内表面的正常结点位置，使晶体内部留下空位。弗伦克尔（Frenkel）缺陷：在晶体中形成数目相等的空位和间隙原子。两种缺陷特点：（1）两种离子半径相差不大时形成肖特基缺陷，相差加大时形成弗伦克耳缺陷。（2）弗伦克耳缺陷体积不变，肖特基缺陷体积变大。缺陷浓度无论是弗伦克耳缺陷还是肖特基缺陷浓度均为下式：C=ns/N==exp[-E/(2kT)]影响缺陷浓度的主要因素:温度和缺陷形成能。例如：NaCl晶体重形成间隙质点能量为11.22~12.98×10-19J，而形成一个肖特基缺陷的能量只需3.20×10-19J

4、。所以在NaCl晶体中，肖特基缺陷要比弗伦克耳缺陷多得多。注意：（1）在晶体中两种缺陷往往同时存在，只不过一种为主。（2）缺陷形成能的数据由实验结果得到，因此数据不全。2.点缺陷的表示方法本节介绍以下内容：一、点缺陷的符号表征：Kroger-Vink符号二、缺陷反应方程式的写法错位原子间隙杂质原子间隙阳离子XMXMXMXMXXMMXLXMXMXMXMXMXMXMXMXMXMXXMMXMXMXMXMXMXMXMMIXM阳离子空位阴离子空位一、点缺陷的符号表征:Kroger-Vink符号以MX型化合物为例：1.正常结点的离子：用MM和XX表示。2.空位（vacancy）用V来表

5、示，符号中的右下标表示缺陷所在位置，VM含义即M原子位置是空的。3.间隙原子（interstitial）亦称为填隙原子，用Mi、Xi来表示，其含义为M、X原子位于晶格间隙位置。4.错位原子错位原子用MX、XM等表示，MX的含义是M原子占据X原子的位置。XM表示X原子占据M原子的位置。5.取代离子：当外来杂质L进入MX晶体的主晶格位置时，成为取代离子，若占据M的位置则表示为LM，若进入间隙位置则表示为Li，若取代负离子位置，则表示为LX。6.自由电子（electron）与电子空穴(hole）分别用e，和h·来表示。其中右上标中的一撇“'”代表一个单位负电荷，一个圆点“·”代表

6、一个单位正电荷。7.带电缺陷在NaCl晶体中，取出一个Na+离子，会在原来的位置上留下一个电子e'，写成VNa'，即代表Na+离子空位，带一个单位负电荷。同理，Cl－离子空位记为VCl·，带一个单位正电荷。即：VNa'=VNa＋e'，VCl·=VCl＋h·。【例】NaCl晶体中可能出现的点缺陷：Na+格点位置的空位，表示为。由于Na+的缺失，该空位缺陷的有效电荷数是0(+1)=1，所以上标是一小撇。Cl格点位置的空位，表示为。Cl的缺失而出现的空位缺陷的有效电荷数是0(1)=+1，所以上标是一小圆点。Na+处于间隙位置，表示为。缺陷的有效电荷就是Na+所带的+1

7、价电荷，所以上标是一小圆点。14其它带电缺陷：1)CaCl2加入NaCl晶体时，若Ca2+离子位于Na+离子位置上，其缺陷符号为CaNa·，此符号含义为Ca2+离子占据Na+离子位置，带有一个单位正电荷。缺陷的有效电荷为(+2)(+1)=+1。如果Ca2+进入间隙位置，则这种间隙式杂质缺陷表示为。2)CaZr,,表示Ca2+离子占据Zr4+离子位置，此缺陷带有二个单位负电荷。其余的缺陷VM、VX、Mi、Xi等都可以加上对应于原阵点位置的有效电荷来表示相应的带电缺陷。8.缔合中心电性相反的缺陷距离接近到一定程度时，