第三章 缺陷化学课件.ppt

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第三章 缺陷化学课件

第三章 缺陷化学;本章内容;§3.1 晶体缺陷的分类 ;点缺陷 (零维缺陷);§3.1 点缺陷 Point Defect;? Vacancies:;缺陷图示; §3.1 缺陷化学符号 ;3.1化学缺陷符号;3.1 Kroger-Vink 记号; 3.1本征缺陷 intrinsic point defects;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空位, 即Vm和Vx ; 以MgO为例: ,;? Point defect concentration varies with temperature!;5;定义: 体系中杂质 (2) 在本体(1)中的含量;;3.1杂质缺陷;8;3.1陶瓷中的杂质;3.1陶瓷中的杂质-固溶体;3.2 缺陷化学反应方程式 缺陷产生 复合 化学反应A B + C;例1. 中掺入 ,缺陷反应方程式为: 例2. 中掺入 和 中掺入 的方程式分别为:;3.2 基本的缺陷反应方程 ; 基本的缺陷反应方程 ;3.2化学式;② 向1mol 中掺入 发生反应: 与① 的不同之处在于: 一部分钙离子置换了锆离子,另一部分钙离子填在氧化锆晶格的间隙中形成间隙离子。 的化学式为: ③ 向1mol的 中掺入x mol 发生置换反应: 的化学式为: ;④ 向1mol的 中掺入x mol 发生填隙反应: 的化学式为: ⑤ 向1mol的 中掺入x mol 发生等价置换反应: 的化学式为: ⑥ 向1mol 中再掺入x mol ,发生置换反应: 的化学式为: ;6.化合物密度计算 密度:单位晶胞内所有原子总质量与单位晶胞体积的商, 表示为: (单位: ) 设一个晶胞中有n个原子,则: 化合物的密度计算的应用: 判断在给定的化学式中,掺杂的物质是以填隙还是置换的形式进入基体的,因为填隙型和置换型化合物的密度不同,一般而言,置换型的密度较填隙型的小。 ;以氧化钙掺杂氧化锆为例: ;3.2缺陷缔合反应; ∵热力学中,吉布斯自由能变与焓变及熵变有如下关系: ; 例如:;3.3非化学计量化合物; 3.3非化学计量化合物举例 ;例如: TiO2在还原气氛中失去部分氧,生成TiO2-x应可写成;; 上述过程实质为: 式3-3-3的反应达平衡时, ;则在温度一定的情况下,由 得: TiO2 是电子导电, 故其电导率与氧分压的关系如下: 此类关系的应用:氧分压传感器、氧离子导体和燃料电池; TiO2:电子 导电

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