结构缺陷及固溶.ppt

材料科学基础质量平衡：缺陷方程的两边必须保持质量平衡缺陷符号的下标只是表示缺陷位置，对质量平衡没有作用VM为M位置上的空位，不存在质量。12材料科学基础1电荷守恒：在缺陷反应前后晶体必须保持电中性缺陷反应式两边必须具有相同数目总有效电荷2材料科学基础01影响因素：——与晶体结构有很大关系NaCl型晶体中间隙较小，不易产生弗仑克尔缺陷；萤石型结构中存在很大间隙位置，相对而言比较容易生成填隙离子。01材料科学基础肖特基缺陷：如果正常格点上的质点，在热起伏过程中获得能量离开平衡位置迁移到晶体的表面，而在晶体内部正常格点上留下空位材料科学基础特点：肖特基缺陷的生成需要一个像晶界、位错或者表面之类的晶格排列混乱的区域；正离子空位和负离于空位按照分子式同时成对产生，伴随晶体体积增加12材料科学基础01产生复合浓度是温度的函数随着温度升高，缺陷浓度呈指数上升，对于某一特定材料，在—定温度下，热缺陷浓度是恒定的。02动平衡03材料科学基础01杂质缺陷：由于外来质点进入晶体而产生的缺陷取代填隙01材料科学基础虽然杂质掺杂量一般较小（~0.1%），进入晶体后无论位于何处，均因杂质质点和原有的质点性质不同，故它不仅破坏了质点有规则的排列，而且在杂质质点周围的周期势场引起改变，因此形成—种缺陷。材料科学基础01晶体中杂质含量在未超过其固溶度时，杂质缺陷的浓度与温度无关，这与热缺陷是不同的。02材料科学基础在某些情况下，晶体中可溶入较大量其他物质，如制造固体氧化物燃料电池电解质材料，使用8~10%（mol）Y2O3溶入ZrO2中，Y3+置换Zr4+，形成大量氧空位缺陷，可传导氧离子，从而起到离子导电作用。3）非化学计量结构缺陷材料科学基础材料科学基础定比定律：化合物分子式一般具有固定的正负离子比，其比值不会随着外界条件而变化，此类化合物称为化学计量化合物21材料科学基础一些化合物的化学组成会明显地随着周围气氛性质和压力大小的变化而发生组成偏离化学计量的现象，由此产生的晶体缺陷称为非化学计量缺陷材料科学基础01生成n型或p型半导体的重要基础例：TiO2-x（x=0~1），n型半导体0201材料科学基础025.2.2缺陷化学反应表示法1.缺陷表示法材料科学基础01材料科学基础02凡从理论上定性定量地把材料中的点缺陷看作化学实物，并用化学热力学的原理来研究缺陷的产生、平衡及其浓度等问题的一门学科称为缺陷化学。01材料科学基础02点缺陷符号：克罗格-明克（Kroger-Vink）符号材料科学基础主符号，表明缺陷种类；下标，表示缺陷位置；上标，表示缺陷有效电荷，“?”表示有效正电荷，用“?”表示有效负电荷，用“?”表示有效零电荷，零电荷可以省略不标。材料科学基础空位：VVM——M原子空位VX——X原子空位在金属材料中，只有原子空位材料科学基础对于离子晶体，如果只是M2+离子离开了格点形成空位，而将2个电子留在了原处，这时电子被束缚在空位上称为附加电子，所以空位带有2个有效负电荷，写成——正离子空位材料科学基础如果X2-离开格点形成空位，将获得的2个电子一起带走，则空位上附加了2个电子空穴，所以负离子空位上带有2个有效正电荷，写成。材料科学基础A电子空穴B1材料科学基础2填隙原子：3Mi——M原子处在间隙位置上4Xi——X原子处在间隙位置上如Ca填隙在MgO晶格中写作Cai材料科学基础01错放位置：MX表示M原子被错放在X位置上02材料科学基础01溶质原子：LM表示L溶质处在M位置SX表示S溶质处在X位置例如Ca取代了MgO晶格中的Mg写作CaMg01材料科学基础材料科学基础01自由电子e?及电子空穴h?：存在于强离子性材料中，电子并不一定属于某一个特定位置的原子，可以在晶体中运动。在某些缺陷上缺少电子，这就是电子空穴，也不属于某一个特定的原子所有，也不固定在某个特定的原子位置。02材料科学基础带电缺陷：不同价离子之间的替代就出现带电缺陷，如Ca2+取代Na+形成Ca2+取代Zr4+形成材料科学基础缔合中心：一个带电的点缺陷与另一个带相反电荷的点缺陷相互缔合形成一组或一群新的缺陷，它不是原来两种缺陷的中和消失，这种新缺陷用缔合的缺陷