2-3晶体的结构缺陷(精简).ppt

第三节 晶体结构缺陷Imperfections in crystals 学 习 内 容 Now What Do You See? 缺 陷 种 类 Imperfections, Defects 一 点缺陷Point Defects 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 1 热缺陷种类 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。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 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·。 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，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 固溶体（杂质缺陷） 一、固溶体的概念和分类 定义：两种或两种以上的组分，在固态条件下相互溶解形成的。组分高的称为溶剂，组分含量低的称为溶质。 固溶体即固体溶液。 固溶体、化合物和混合物比较（以AO溶质溶解在B2O3溶剂中为例） 固溶体的分类 1、按溶质和溶剂来划分 连续固溶体：溶质和溶剂可以按任意比例互相固溶 不连续固溶体：溶质只能以一定的比例和限度溶解于溶剂中。 2、按照溶质在溶剂中所占的位置来划分 置换固溶体：溶质置换了正常位置上的质点 间隙固溶体：溶质质点进入溶剂晶体结构间隙位置，成为间隙质点。 二、置换固溶体 A、形成置换固溶体的条件： （1）离子尺寸因素 原因：相互替代的离子尺寸愈相近，则固溶体越稳定。 举例： 1、MgO－NiO 2、MgO－CaO 3、MgO－FeO 2、晶体类型 相同类型的晶体才可以形成连续固溶体 例：Al2O3－Cr2O3（刚玉型） Mg2SiO4－Fe2SiO4（镁橄榄石型） ThO2－UO2（CaF2型） MgO－FeO（NaCl型） 可以形成连续置换固溶体