《晶体结构缺陷》PPT课件.ppt

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1、第二章晶体结构缺陷§2.1晶体结构缺陷的类型§2.2点缺陷§2.3线缺陷§2.4面缺陷缺陷的含义：通常把晶体点阵结构中周期性势场的畸变称为晶体的结构缺陷。理想晶体：质点严格按照空间点阵排列。实际晶体：存在着各种各样的结构的不完整性。缺陷对材料性能的影响§2.1晶体结构缺陷的类型分类方式：几何形态：点缺陷、线缺陷、面缺陷等形成原因：热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷等1.点缺陷（零维缺陷）缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维方向上缺陷的尺寸都很小。包括：空位(vacancy)间隙质点(interstitialparticle)

2、杂质质点(foreignparticle)，如图2-1所示。点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料的高温动力学过程等有关。一、按缺陷的几何形态分类图2-1晶体中的点缺陷(a)空位(弗仑克尔缺陷和肖特基缺陷)(b)杂质质点(置换)(c)间隙质点2.线缺陷（一维缺陷）指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷，即缺陷尺寸在一维方向较长，另外二维方向上很短。如各种位错（dislocation），如图2-2所示。线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关。图2-2(a)刃位错(b)螺位错(a)(b)3.面缺陷面缺

3、陷又称为二维缺陷，是指在二维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列而产生的缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在第三维方向上很小。如晶界、表面、堆积层错、镶嵌结构等。面缺陷的取向及分布与材料的断裂韧性有关。图2-3面缺陷－晶界图2-4面缺陷－堆积层错面心立方晶体中的抽出型层错(a)和插入型层错(b)图２－５　面缺陷－共格晶面面心立方晶体中{111}面反映孪晶二、按缺陷产生的原因分类1.热缺陷2.杂质缺陷3.非化学计量缺陷4.其它原因，如电荷缺陷，辐照缺陷等1.热缺陷定义:热缺陷亦称为本征缺陷，是指由热起伏的原因所产生的空位

4、或间隙质点（原子或离子）。类型:弗仑克尔缺陷（Frenkeldefect）和肖特基缺陷（Schottkydefect）热缺陷浓度与温度的关系:温度升高时，热缺陷浓度增加图2-6热缺陷产生示意图(a)弗仑克尔缺陷的形成(空位与间隙质点成对出现)(b)单质中的肖特基缺陷的形成（只形成空位）2.杂质缺陷定义:亦称为组成缺陷，是由外加杂质的引入所产生的缺陷（原位质点被杂质质点所取代）。特征:如果杂质的含量在固溶体的溶解度范围内，则杂质缺陷的浓度与温度无关。杂质缺陷对材料性能的影响3.非化学计量缺陷定义:指组成上偏离化学中的定比定律所

5、形成的缺陷。它是由基质晶体与介质中的某些组分发生交换而产生。如Fe1－xO、Zn1+xO等晶体中的缺陷。特点:其化学组成随周围气氛的性质及其分压大小而变化。是一种半导体材料。4.其它原因，如电荷缺陷，辐照缺陷等§2.2点缺陷本节介绍以下内容：一、点缺陷的符号表征：Kroger-Vink符号二、缺陷反应方程式的写法一、点缺陷的符号表征:Kroger-Vink符号以MX型化合物为例：1.空位（vacancy）用V来表示，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。2.间隙原子（interstitial）亦称为填隙

6、原子，用Mi、Xi来表示，其含义为M、X原子位于晶格间隙位置。3.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。4.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“·”代表一个单位正电荷。5.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’=

7、VNa＋e，，VCl·=VCl＋h·。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。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。6.缔合中心电性相反的缺陷距离接近到一定程度时，在库仑力作用下会缔合成一组或一群，产生一个缔合中心，VM和VX发生缔合,记为（VMVX）。二、缺陷反

8、应表示法对于杂质缺陷而言，缺陷反应方程式的一般式：产生的各种缺陷杂质基质1.写缺陷反应方程式应遵循的原则与一般的化学反应相类似，书写缺陷反应方程式时，应该遵循下列基本原则：（1）位置关系（2）质量平衡（3）电中性（1）位置关系：在化合物MaXb中，无论是否存在缺陷，其正负离子位置数（即格点