最新2-第二章晶体结构缺陷-1详解幻灯片.ppt

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1、2-第二章晶体结构缺陷-1详解概述1、晶体结构缺陷是造成晶格点阵畸变的因素。2、缺陷的分类：按缺陷大小、形状和作用范围可把缺陷分为三类：点缺陷：在三维方向上尺度都很小的缺陷。线缺陷：一维方向上的缺陷，在其它两维方向上尺度都很小。面缺陷：在两维方向上伸展的缺陷、晶界、表面等本章内容2.1晶体的点缺陷2.2晶体的线缺陷2.3晶体的面缺陷2.4固溶体2.点缺陷的符号表征（克劳格-文克符号）以MX型化合物为例：1）空位（vacancy）用V来表示，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），填隙原子，用Mi、Xi来表示，M、X原子位于晶格间隙位置。3

2、）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。4）由电子（electron）与电子空穴(hole）分别用e，和h·来表示。“，”代表一个单位负电荷，“·”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，VNa’,Cl－离子空位记为VCl·，即：VNa’=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·。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

3、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）。3.缺陷反应表示法对于杂质缺陷而言，缺陷反应方程式的一般式：①写缺陷反应方程式应遵循的原则缺陷反应方程式遵循下列基本原则：（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，M的格点数/X的格点数a/b。NaCl，正负离子格点数之比为1/1，Al2O3中则为2/3。注意：位置关系强调形成缺陷时，基质晶体中正负离子格点数之比保持不变，并非原子个数比保持不变。VM、VX、MM、XX、MX、XM

4、等位于正常格点上，对格点数的多少有影响，而Mi、Xi、e，、h·等不在正常格点上，对格点数的多少无影响。形成缺陷时，基质晶体中的原子数会发生变化，外加杂质进入基质晶体时，系统原子数增加，晶体尺寸增大；基质中原子逃逸到周围介质中时，晶体尺寸减小。（2）质量平衡：缺陷反应方程式两边的质量应该相等。需要注意的是缺陷符号的右下标表示缺陷所在的位置，对质量平衡无影响。（3）电中性：电中性要求缺陷反应方程式两边的有效电荷数必须相等。②缺陷反应实例（1）杂质（组成）缺陷反应方程式──杂质在基质中的溶解过程一般遵循杂质的正负离子分别进入基质的正负离子位置的原则例1·写出NaF加入YF3中的缺陷反应方程式以正

5、离子为基准，反应方程式为：以负离子为基准，反应方程式为：以正离子为基准，缺陷反应方程式为：以负离子为基准，则缺陷反应方程式为：例2·写出CaCl2加入KCl中的缺陷反应方程式基本规律：低价正离子占据高价正离子位置时，该位置带有负电荷，为了保持电中性，会产生负离子空位或间隙正离子。高价正离子占据低价正离子位置时，该位置带有正电荷，为了保持电中性，会产生正离子空位或间隙负离子。例3·MgO形成肖特基缺陷MgO形成肖特基缺陷时，表面的Mg2+和O2-离子迁移到表面新位置上，在晶体内部留下空位:MgMgsurface+OOsurfaceMgMgnewsurface+OOnewsurface+以零O

6、（naught）代表无缺陷状态，则：O（2）热缺陷反应方程式例4·AgBr形成弗仑克尔缺陷其中半径小的Ag+离子进入晶格间隙，在其格点上留下空位，方程式为：AgAg当晶体中剩余空隙比较小，如NaCl型结构，容易形成肖特基缺陷；当晶体中剩余空隙比较大时，如萤石CaF2型结构等，容易产生弗仑克尔缺陷。一般规律：4.热缺陷浓度的计算在一定温度下，热缺陷是处在不断地产生和消失的过程中，当单位时间产生和复合而消失的数目相等时，系统达到平衡，热缺陷的数目保持不变。根据质量作用定律，可以利用化学平衡方法计算热缺陷的浓度。k——波尔兹曼常数MgO晶体中形成Schttky缺陷：表面位置可以不加表示化学平衡

7、方法计算热缺陷浓度（2）弗仑克尔缺陷浓度的计算AgBr晶体形成弗仑克尔缺陷的反应方程式为：AgAg平衡常数K为：式中[AgAg]1。则式中Ef为形成1摩尔弗仑克尔缺陷的自由焓变化。2.2线缺陷（linedefects，dislocation）一、完整晶体的塑性变形方式二、位错的类型三、位错的伯格斯矢量及位错的性质四、位错的应力场与应变能五、位错的运动一、完整晶体的塑性变形方式1.晶体在外力作用下的滑移2.