固体中的缺陷.PDF

第三章 固体中的缺陷 本章重点 由等同的原子或原子集团，按照一定的点阵结构，在三维方向构成一个规整的、 周期性的原子序列，这样所形成的晶体是一种理想的完善的晶体。这种理想的晶体 不仅在自然界不存在，也不可能用人工的方法制得，而且在技术上也没有什么用处。 除了可以作为理论模型之外，在固体物理和固体化学中很少有人有兴趣去研究它。 相反，偏离理想的不完善的晶体，一些结构和组成中存在有某些缺陷的晶体，倒是 具有重要的理论意义和实际价值。因为固相中的化学反应只有通过缺陷的运动(扩散) 才能发生和进行，晶体中的缺陷决定着固体物质的化学活性，而且各种缺陷还规定 了晶体的光学、电学、磁学、声学、力学和热学等方面的性质，可以使晶体构成重 要的技术材科。可以说现在几乎没有哪一个工业技术部门或者哪一个基础理论研究 领域，不涉及到固体缺陷的理论研究和应用研究的问题。可以认为缺陷的化学是固 体化学的核心问题。 固体中缺陷的含量一般约为基质材料的万分之几或更少一些，在过去仅仅采用 x 射线衍射或化学分析的手段，是不能发现和确证缺陷的存在的。因此，早期人们 对于固体缺陷的认识，主要是来源于对于固体性质的研究，如电导、光电导、光的 吸收和发射，以及对于固体物质反应动力学的研究。例如，赫德瓦尔发现当固体处 于其结构转变温度时，它的反应活性增大；而且用不同方法制备的固体物质，其反 应性能有很大的差别。瓦格纳首先把固体的物理性质与化学反应性质联系起来，他 发现固体的电导率和化学反应活性之间关系密切。这些情况都间接地反映了固体内 部存在着缺陷和缺陷的运动，而某些缺陷的理论也正是为了说明固体的一些物性而 提出来的。又如，人们是通过气体在固体上吸附反应的热力学和动力学来认识固体 表面的组成和结构的。 近—、二十年以来，人们在继续通过物性深入地研究固体的缺陷的同时，还运 用了许多现代的物理实验技术，更直接地观测和研究固体中的缺陷及其运动。 第一节 缺陷的分类 固体中的缺陷包括从原子、电子水平的微观缺陷到显微缺陷。从缺陷的尺寸来 看，可分为以下几类，如图 3.1 所表示，并分述如下：  包藏杂质   三维缺陷（体缺陷） 沉 淀    空 洞 (1)点缺陷，或者零维缺陷  小角晶粒间界 二维缺陷（面缺陷） 孪晶界面 这一类缺陷包括晶体点阵结  堆垛层错  位 错 构位置上可能存在的空位和 一维缺陷（线缺陷）  缺陷  位错处的杂质原子 取代的外来杂质原子，也包括   错位缺陷 在固体化合物 AB 中，部分的 零维缺陷（点缺陷） 本征点缺陷 空位   自填隙原子   间隙原子 原子互相错位，即A 原子占据  杂质点缺陷 