固体物理复习最终版.doc

高等固体物理 一、缺陷 1、缺陷的含义：晶体缺陷就是指实际晶体中与理想的点阵结构发生偏差的区域。 2、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。 3、缺陷的分类方式： 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 4、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。 晶体中的点缺陷包括：空位、间隙原子、异类原子 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。 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。 晶体中的线缺陷包括刃位错、螺位错。 线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关。 面缺陷 面缺陷又称为二维缺陷，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、相界、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。 点缺陷对材料性能的影响 原因：无论那种点缺陷的存在，都会使其附近的原子稍微偏离原结点位置才能平衡，即造成小区域的晶格畸变。 效果： 1）提高材料的电阻 定向流动的电子在点缺陷处受到非平衡力(陷阱)，增加了阻力，加速运动提高局部温度(发热)。 2）加快原子的扩散迁移 空位可作为原子运动的周转站。 3）形成其他晶体缺陷 过饱和的空位可集中形成内部的空洞，集中一片的塌陷形成位错。 4）改变材料的力学性能 空位移动到位错处可造成刃位错的攀移，间隙原子和异类原子的存在会增加位错的运动阻力。会使强度提高，塑性下降、 8、线缺陷对材料性能的影响 位错是晶体的线性缺陷 位错对晶体的强度与断裂等力学性能起着决定性的作用。 位错对晶体的扩散与相变等过程也有一定的影响。 位错的基本类型：刃型位错、螺型位错。 刃型位错：正应变，体积变，位错线与滑移方向垂直。 螺型位错：切应变，体积不变，位错线与滑移方向平行。 混合型位错：位错线与滑移方向既不平行，也不垂直，位错线可分解为刃型和螺型两个分量。 刃型位错：晶体的滑移方向与位错运动方向是一致的 螺型位错：晶体滑移方向却与位错运动方向垂直 位错能：位错线周围的原子偏离了平衡位置，处于较高的能量状态，高出的能量称为位错的应变能 ，简称位错能。 位错的能量是很高的，位错在晶体中十分活跃，在降低体系 自由能的驱动力作用下，将与其他位错、点缺陷等发生交互作用，从而对晶体性能产生重要影响。 同时高的位错能量也决定了晶体中位错的分布形态及其他重要特征。主要就是造成晶格畸变，导致韧性下降，脆性上升，强度提高。 首先，金属材料的强度与位错在材料受到外力的情况下如何运动有很大的关系。如果位错运动受到的阻碍较小，则材料强度就会较高。实际材料在发生塑性变形时，位错的运动是比较复杂的，位错之间相互反应、位错受到阻碍不断塞积、材料中的溶质原子、第二相等都会阻碍位错运动，从而使材料出现加工硬化 9、面缺陷对材料性能的影响 物理学中的原理或机理在实验中的应用 表面吸附与晶界内吸附 吸附是指外来原子或气体分子在界面上富集的现象 。 作用：表面吸附可以在不同程度上抵消表面原子的不平衡力场，使作用力的分布趋于对称 ，降低 了表面能，使体系处于较低的能量状态 、更为稳定 吸附是自发过程。降低的能量以热的形式释放 ，故吸附过程是放热反应，放出的热量称为吸附热 。 放热反应，吸附进行的程度随温度升高而降低 原因：当温度升高时，原子或分子的热运动加剧，因而可能脱离固体表面而回到气相去 ，这一过程称为解吸或脱附，是吸附的逆过程。解吸随温度的升高而加快 ，解吸是吸热过程，解吸后表面能再度升高。 分类 ：物理吸附和化学吸附 物理吸附： 物理吸附机理：物理吸附是由范德华耳斯力作用而相互吸引的 特点：任何固体对任何气体或其他原子都有这类吸附作用，只是吸附的程度随气体或其他原子的性质不同而有所差异（1、吸附无选择性、多层吸附）； 2、物理吸附的吸附热较小。 化学吸附：来源于剩余的不饱和键力，吸附时表面与被吸附分子间发生了电子交换，电子或多或少地被两者所共有，其实质上是形成 了化合物 ，即发生了强键结合。 特点：吸附有选择性、单层吸附 ，必须两者间能形成强键 。化学吸附的吸附热与化学反应热接近，明显大于物理吸附热。 对同一固体表面常常既有物理吸附，又有化学吸附，例如金属粉末既可通过物理吸附的方式吸附水蒸气，又以化学吸附的方式结合氧原子 ，在不同条件下某种吸附可能起主导作用。 应用 ：首先是净化和分离技术的重要机理之一 例如：废水处理、空气及饮用水的净化，溶剂回收、产品的提级与分离、制糖中的脱色等都可以依赖吸附进行处理 ，因