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营销研究固体化学
目录:
一. 晶体结构的缺陷类型 3
1.1 缺陷类型 3
1.2 点缺陷的类型 3
二. 点缺陷的表示方法 5
2.1 克罗格-明克符号 6
2.2 书写缺陷反应的基本原则 7
三. 点缺陷的运动和浓度 9
3.1 弗仑克尔缺陷浓度计算 9
3.2 肖特基缺陷浓度计算 10
四 位错 12
4.1 刃位错 13
4.2 螺位错 13
五 面缺陷 14
六 扩展缺陷 15
6.1 堆积层错 15
6.2 亚晶粒界和反相畴界 15
七 非化学计量化合物 16
7.1负离子空位 16
7.2正离子填隙 17
7.3负离子填隙 18
7.4正离子空位 19
晶体缺陷
在进行晶体结构分析时,总是假设整个晶体中的原子(分子)都是按照理想状态严格排列在格点上。实际上,任何大于OK温度下的真实晶体都或多或少存在着对于理想结构的偏差,称之为结构缺陷,即晶体缺陷。这种缺陷普遍存在,而且在很大程度上影响着晶体的物理化学性质,所以对于这种普遍存在的晶体缺陷进行系统研究也成为了固体化学中的核心内容之一。
一. 晶体结构的缺陷类型
1.1 缺陷类型
缺陷的种类繁多,按照几何形状进行划分,主要可以分为以下4种类型:
(1)点缺陷:即0维缺陷,缺陷的尺寸在两个原子大小的量级;
(2)线缺陷:即1维缺陷,晶体中存在的一维的缺陷,通常指的是位错;
(3)面缺陷:即2维缺陷,一般指晶体表面和晶界上的缺陷;
(4)体缺陷:即3维缺陷,在三维方向上都有结构偏差存在的缺陷。
在这四中缺陷中又以点缺陷最为基本也最重要。
1.2 点缺陷的类型
一般来说,点缺陷可以有2种分类:
(1). 按对理想晶格偏离的几何位置及成分来分类:
填隙原子:原子进入晶格中正常结点之间的间隙位置
空位:正常结点没能被原子或离子所占据
杂质原子:外来原子进入晶格,杂质取代原来的原子进入正常位置或进入间隙。
(2). 按缺陷产生的原因分类:
热缺陷
由于晶格上,原子的热运动有一部分能量较大的离子离开正常位置进入间隙,变成填隙原子,并在原来位置上留下一个空位,生成弗仑克尔缺陷,或正常格点上原子迁移到晶格表面,在晶格内部正常格点上留下空位,生成肖特基缺陷。
图1 AgBr中的Frenkel缺陷 图2 KCl中的Schottky缺陷
此两类缺陷作为基本的热缺陷类型,且一般缺陷浓度随温度上升而成指数上升,这在下面的缺陷浓度中会涉及到。
杂质缺陷
外来原子进入晶格而产生。如果杂质的含量在固溶体的溶解度极限之内,杂质缺陷浓度与温度无关。当杂质含量一定时,若温度发生变化,但此时缺陷的浓度并不发生显著变化,这是与热缺陷不同之处。
非化学计量结构缺陷
一些化合物其化学组成会明显随周围气氛性质和压力的大小的变化而发生偏离化学计量组成的现象,一些半导体如n型和P型半导体就是如此形成的。
例如,TiO2可以写成TiO2-x(X=0-1),是一种n型半导体。非化学计量结构缺陷也是一种重要的缺陷类型。
除了热缺陷、杂质缺陷等点缺陷之外,还有电子缺陷、带电缺陷等。
二. 点缺陷的表示方法
在一定的条件下,晶体的点缺陷会像化学反应进行的那样相互作用。因此采用统一的符号标准来记录这一变化过程就显得非常重要了,其中常用的是克罗格-明克符号。
2.1 克罗格-明克符号
(1) 空位
VM——M原子空位
VX——X原子空位
下标为原子空位所在位置。必须注意,下标表示的是原子空位。像一些离子晶体如NaCl,取出一个Na+离子时,一个电子同时被取走,以保证电中性,因此这样的空位是不带电的。
(2) 填隙原子
Mi——M原子处于间隙中
Xi——X原子处于间隙中
其中Mi、Xi分别表示M及X原子处在间隙的位置。
(3) 原子错位
Mx——表示M原子被错放到X原子上,即下标指明了缺陷的位置。
(4) 溶质错位
Lm——L溶质处于m位置
Sx——S溶质处在x位置
Li——L溶质处在间隙i位置
例如CaCl2在KCl中的固溶体,CaK表示钙离子处在K的位置。
(5) 自由电子和电子空隙
一些电子在某种光电热作用下可以在晶体中运动,即为自由电子,用
在强离子性的固体中通常电子是局限在特定的原子位置上的,这可以用离子价来表示,但有些情况下有的电子并不局限在特定的位置,因此这种缺陷也就没有一个特定的位置了。
(6) 带电缺陷
离子晶体中如NaCl晶体取走一个Na+空位,由于缺一个正电荷而必留下一个附加电子,这个电子被束缚在钠空位上,则
如取走一个Cl-,即取走Cl原子和一个电子,则空位上留下一电子空穴(h’)
反应式
其他的带电缺陷都可以用类似的方法表示。例如Ca2+取代NaCl中的Na+,以为价数不同,因此这个位置上应该高出一个正电荷,写成CaNa。。
(7) 缔合中心 一一 点缺陷可与另一带相反符号的点缺陷相
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