晶体结构缺陷详解课件.pptVIP

第二章晶体的结构缺陷

概述1、晶体结构缺陷是造成晶格点阵畸变的因素。2、缺陷的分类：按缺陷大小、形状和作用范围可把缺陷分为三类：点缺陷：在三维方向上尺度都很小的缺陷。线缺陷：一维方向上的缺陷，在其它两维方向上尺度都很小。面缺陷：在两维方向上伸展的缺陷、晶界、表面等

本章内容2.1晶体的点缺陷2.2晶体的线缺陷2.3晶体的面缺陷2.4固溶体

2.1点缺陷1.点缺陷分类2.点缺陷的符号表征3.缺陷反应表示法4.热缺陷浓度的计算

1.点缺陷分类对理想晶格偏离的几何位置及成分划分：1)填隙原子：原子进入晶体中正常结点间的间隙位置，成为填隙原子，或称间隙原子。2)空位：正常结点没有原子或离子所占据，成为空结点。3)杂质原子：外来原子进入晶格。①取代式杂质原子（置换式）②间隙式杂质原子（填隙式）

根据缺陷产生的原因：间隙原子和空位(1)热缺陷：弗伦克尔缺陷晶体体积不变正离子空位和负离子空位肖特基缺陷晶体体积增加(2)杂质缺陷(组成缺陷)：外来原子进入晶体(3)电荷缺陷：自由电子空穴(4)色心：负离子缺位和被束缚的电子(NaCl+TiO2)(5)非化学计量结构缺陷：随周围气氛的性质和压力的大小的变化

2.点缺陷的符号表征（克劳格-文克符号）以MX型化合物为例：1）空位（vacancy）用V来表示，右下标表示缺陷所在位置，V含义即M原子位置是空的。M2）间隙原子（interstitial），填隙原子，用M、Xii来表示，M、X原子位于晶格间隙位置。3）错位原子错位原子用M、X等表示，M的含XMX义是M原子占据X原子的位置。

4）由电子（electron）与电子空穴(hole）分别用e和h来表示。“”代表一个单位负电荷，“”代表一个单位正电荷。，，··5）带电缺陷在NaCl晶体中，取出一个Na+离子，VNa,’Cl－离子空位记为VCl·，即：VNa’，，V·=V＋h。·ClNaCl=V＋e

其它带电缺陷：1)CaCl加入NaCl晶体时，若Ca2+离子位于Na+离子2位置上，其缺陷符号为CaNa·。,,2)Ca表示Ca2+离子占据Zr4+离子位置，此缺陷带有Zr二个单位负电荷。其余的缺陷V、V、M、X等都可以加上对应于原MXii阵点位置的有效电荷来表示相应的带电缺陷。

6）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，V和V发生缔合,记MX为（VV）。MX

3.缺陷反应表示法对于杂质缺陷而言，缺陷反应方程式的一般式：

①写缺陷反应方程式应遵循的原则缺陷反应方程式遵循下列基本原则：（1）位置关系（2）质量平衡（3）电中性

（1）位置关系：在化合物MX中，无论是否存在缺陷，abM的格点数/X的格点数?a/b。NaCl，正负离子格点数之比为1/1，AlO中则为2/3。23

注意：a位置关系强调形成缺陷时，基质晶体中正负离子格点数之比保持不变，并非原子个数比保持不变。bV、V、M、X、M、X等位于正常MXMXXM格点上，对格点数的多少有影响，而M、i不在正常格点上，对格点数的X、e多少无影响。，、h等·ic形成缺陷时，基质晶体中的原子数会发生变化，外加杂质进入基质晶体时，系统原子数增加，晶体尺寸增大；基质中原子逃逸到周围介质中时，晶体尺寸减小。

（2）质量平衡：缺陷反应方程式两边的质量应该相等。需要注意的是缺陷符号的右下标表示缺陷所在的位置，对质量平衡无影响。（3）电中性：电中性要求缺陷反应方程式两边的有效电荷数必须相等。

②缺陷反应实例（1）杂质（组成）缺陷反应方程式──杂基质中的溶解过程一般遵循杂质的正负离子分别进入基质的正负离子位置的原则

例1·写出NaF加入YF中的缺陷反应方程式3以正离子为基准，反应方程式为：n以负离子为基准，反应方程式为：n

例2·写出CaCl加入KCl中的缺陷反应方程式2以正离子为基准，缺陷反应方程式为：n以负离子为基准，则缺陷反应方程式为：n

基本规律：低价正离子占据高价正离子位置时，该位置带有负电荷，为了保持电中性，会产生负离子空位或间隙正离子。q高价正离子占据低价正离子位置时，该位置带有正电荷，为了保持电中性，会产生正离子空位或间隙负离子。q

（2）热缺陷反应方程式例3·MgO形成肖特基缺陷MgO形成肖特基缺陷时，表面的Mg2+和O2-离子迁移到表面新位置上，在晶体内部留下空位:Mg+O?MgMgnew+MgsurfaceOsurfacesurface+OOnewsurface以零O（naught）代表无缺陷状态，则：O?

例4·AgBr形成弗仑克尔缺陷其中半径小的Ag离子进入晶格间隙，在其格点上留下空位，方程式为：+Ag