《缺陷化学》PPT课件.ppt

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1、第三章缺陷化学DefectChemistry本章内容§3.1缺陷化学基础§3.2缺陷化学反应§3.3非化学计量化合物§3.4缺陷与半导体§3.5材料与光的相互作用§3.6热电材料及应用§3.1晶体缺陷的分类线缺陷体缺陷电子缺陷晶体缺陷面缺陷点缺陷点缺陷（零维缺陷）线缺陷（一维缺陷）面缺陷（二维缺陷）体缺陷（三维缺陷）电子缺陷本征缺陷杂质缺陷位错位错处的杂质原子小角晶粒间界挛晶界面堆垛层错包藏杂质沉淀空洞导带电子价态空穴晶体缺陷位错缺陷空位缺陷间隙缺陷取代缺陷§3.1点缺陷PointDefect空位间隙原子错位原子或离子外来原子或离子双空位等复合体点

2、缺陷（零维缺陷）•Vacancies:-vacantatomicsitesinastructure.•Self-Interstitials:-"extra"atomspositionedbetweenatomicsites.点缺陷CommonRare缺陷图示VacancyInterstitial§3.1缺陷化学符号点缺陷名称点缺陷所带有效电荷缺陷在晶体中所占的格点中性·正电荷负电荷3.1化学缺陷符号化学缺陷符号含义VM金属离子空位Mi金属离子处在晶格间隙XM非金属阴离子处在金属阳离子位置上MX金属阳离子处在非金属阴离子位置上(VMVX)或(Mi

3、Xi)缺陷缔合LM引入的溶质L处在金属离子的位置上SX引入的溶质S处在非金属离子的位置上e’电子h•空穴3.1Kroger-Vink记号总结符号规则：P缺陷种类：缺陷原子M或空位VC有效电荷数P’负电荷·正电荷（x中性）缺陷位置（i间隙）Max.C=P的电价–P上的电价（V，i的电价=0）有效电荷≠实际电荷。对于电子、空穴及原子晶体，二者相等；对于化合物晶体，二者一般不等。注：3.1本征缺陷intrinsicpointdefectsTE热起伏(涨落)E原子>E平均原子脱离其平衡位置在原来位置上产生一个空位②表面位置(间隙小/结构紧凑)①间隙位置(结

4、构空隙大)Frenkel缺陷MMVM+MiMX:MXVM+VXSchottky缺陷弗兰克尔缺陷：金属晶体：形成等量的金属离子空位和间隙中的金属离子；离子晶体：形成等量的正离子间隙和正离子空位（正负离子半径大小不同）；以离子晶体MX为例：其弗兰克尔缺陷就是和，和分别表示它们的浓度，由热缺陷的波尔兹曼分布，有如下的式子成立：其中，E：生成一个正离子间隙和一个正离子空位所需要的能量；Em：生成一摩尔正离子间隙和一摩尔正离子空位所需要的能量，简称缺陷的生成能。无外界干扰间隙与空位等量，则肖特基缺陷：金属：形成金属离子空位；离子晶体：形成等量的正离子和负离子

5、空位，即Vm和Vx；以MgO为例：，•Pointdefectconcentrationvarieswithtemperature!3.1点缺陷的平衡浓度5•WecangetQfromanexperiment.3.1缺陷活化能定义:体系中杂质(2)在本体(1)中的含量•质量百分比(wt%)两种表述:•原子百分比(at%)3.1缺陷浓度的表示C1=m1+m2x100C'1=n1+n2x100n1m1质量,m1,与摩尔数,n1,的关系:n1=m1A1A1–原子量杂质的两种典型掺入方式•SolidsolutionofBinA(i.e.,randomdist

6、.ofpointdefects)或Substitutionalalloy(e.g.,CuinNi)Interstitialalloy(e.g.,CinFe)3.1固体中的杂质3.1杂质缺陷基质原子杂质原子基质原子杂质原子取代式间隙式（由于外来原子进入晶体而产生的缺陷）能量效应体积效应体积效应8•Impuritiesmustalsosatisfychargebalance•Ex:NaCl•Substitutionalcationimpurity•SubstitutionalanionimpurityinitialgeometryCa2+impurit

7、yresultinggeometryCa2+Na+Na+Ca2+cationvacancy3.1陶瓷中的杂质3.1陶瓷中的杂质3.1陶瓷中的杂质-固溶体Solvent–溶剂Solute–溶质原子半径差小于15%相同晶体结构相同电负性相同化学价Ifoneormoreoftheaboverulesisviolatedonlypartialsolubilityispossible.Forcompletemiscibilitytooccurinmetallicsolidsolutions,thetwometalsmustbequitesimilarasde

8、finedbytheHume-Rotheryrules3.2缺陷化学反应方程式缺陷产生复合化学反应AB+C对于缺陷反应式质