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《材料化学导论》第3章晶体的缺陷化学.pptx

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第3章晶体的缺陷化学

ChemistryontheCrystalswithdefects

§3.0概论

3.0.1完美晶体与缺陷晶体

完美晶体晶体中原子的有序排列在三维空间无限

延伸并且具有严格的周期性循环。

实际晶体

结构往往偏离完美晶体的结构,主要由于以下原因:

⑴由于热力学原因,原子会离开它自身原本应在的格点;

⑵由于堆垛的原因,不同的原子错占对方原子的位置;

⑶化学过程引入杂质原子。

●这些不完美性都称作晶体中的缺陷(Defects)。这种

晶体称作缺陷晶体(Crystalswithdefects)。实际晶体均是缺

陷晶体。

晶体中缺陷存在的主要影响

●由于晶体中缺陷的存在,一方面会大大影响材料的物

理性质,需要克服缺陷;例如,金属及其合金材料,实际晶体

的力学性能还不及完善晶体的万分之一。

●另一方面,正是由于缺陷的存在,规定了这样或那样

的功能材料。例如各类掺杂的功能材料具有优异的物理和化学

等性能,而纯净的化合物晶体甚至完全不具备如此的功能。

晶体中缺陷研究的主要意义

因此,研究晶体的缺陷化学具有重要的理论和实际意义。

研究的目的是为了控制晶体中的缺陷存在形式和浓度,包括克

服人们不期望存在的缺陷与人们可以加入并且提升其存在浓度

的缺陷,以获得具有特殊需要功能的晶体材料。

3.0.2缺陷的种类与分类

晶体中的缺陷的种类很多。也有多种角度的分类。

●从缺陷在晶体中存在的几何维数来看,可以分为:

◎零维缺陷(点缺陷)

◎一维缺陷(线缺陷)

点缺陷,例如空位在晶体中毗邻排成呈部分阵列,形成

位错,分为刃型位错和螺旋位错。

刃型位错螺旋位错

◎二维缺陷(面缺陷)

◎三维缺陷(体缺陷)

面缺陷——晶粒间界

体缺陷——空洞

体缺陷——包裹杂质

●从晶体的组成出发,可将缺陷分为:

本征缺陷defects)或结构缺陷(Structuraldefects):产

生于晶体本身结构的缺陷。

由于这类缺陷产生的原因主要是热运动之故,又称之为

物理缺陷或热缺陷;

非本征缺陷(innativedefects):主要由于外来原子进入

晶体而造成的缺陷。由于这类缺陷并非晶体本体组成,故又称

为杂质缺陷(Imouritydefects)。又因这些缺陷主要来自化学

制备方面,故还称之为化学缺陷(Chemicaldefects)。

在缺陷讨论中,也可以将两类缺陷分类结合在一起:

晶体缺陷缺陷维数缺陷来源缺陷细类

晶体中缺陷的分类

价带空穴

电子缺陷

导带电子

错位缺陷

晶本征点缺陷空位缺陷

中零维缺陷

的(点缺陷)间隙缺陷

缺杂质点缺陷

替代缺陷

位错处杂原子

一维缺陷刃位错

(线缺陷)

位错螺位错

混合位错

堆垛错位

二维缺陷小

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