晶体的结构缺陷.ppt

固溶体的性质各种离子的离子半径、满足以下关系：第125页,共158页，星期六，2024年，5月固溶体的性质复合型钙钛矿结构化合物例子一般式化合物居里点(?C)备注Ba(Zn1/3Nb2/3)O3Ba(Mg1/3Nb2/3)O3Pb(Mg1/3Nb2/3)O3Pb(Zn1/3Nb2/3)O3---8140PPFFBa(Fe1/2Nb1/2)O3Pb(Fe1/2Nb1/2)O3Pb(Yb1/2Nb1/2)O3-112280PAAF第126页,共158页，星期六，2024年，5月固溶体的性质复合型钙钛矿结构化合物例子注：F：铁电体AF：反铁电体P：顺电体一般式化合物居里点(?C)备注Pb(Cd1/2W1/2)O3Pb(Mn1/2W1/2)O3Pb(Mg1/2W1/2)O340020039AFAFAFPb(Fe2/3W1/3)O3-75FLa(Mg1/2Ti1/2)O3Nd(Mge1/2Ti1/2)O3--PP第127页,共158页，星期六，2024年，5月固溶体的性质如果发生不等价取代，则可能对固溶体的导电性能产生很大影响。例：ZrO2中掺入CaO纯ZrO2在1000?C左右发生由单斜转变为四方的相变(见ZrO2相图)，并伴随着一个异常的热膨胀，因此在烧结过程中非常容易开裂，很难获得纯的ZrO2烧结体。第128页,共158页，星期六，2024年，5月固溶体的性质当在ZrO2中添加百分之几到百分之十几的CaO时，就可以生成立方氧化锆或立方氧化锆与单斜氧化锆的混合物，从而消除了由于相变而引起的异常热膨胀，大大提高了材料的烧结性能以及抗热冲击性能。CaO-ZrO2相图第129页,共158页，星期六，2024年，5月固溶体的性质使用Ca2+、Y3+等离子对ZrO2进行不等价掺杂，将使ZrO2中氧空位浓度大大增加，使得ZrO2具有很强的氧扩散能力，在一定的温度下，成为优良的氧离子导体，尤其是Y3+掺杂的ZrO2(YSZ)，由于具有高的离子电导率，优异的化学、力学性能和良好的热学稳定性，有着广泛的用途。YSZ用途：氧传感器、氧泵、燃料电池、超高温发热体、生物陶瓷等。第130页,共158页，星期六，2024年，5月固溶体的性质YSZ氧传感器内外表面都涂有一层多孔铂作为电极第131页,共158页，星期六，2024年，5月固溶体的性质3.4.3固溶体的光性能利用加入杂质离子可以对晶体的的光学性能进行调节或改变。例：PZT除了采用热等静压烧结之外，是无法获得透明的烧结体的。在PZT中加入少量La2O3，生成所谓的PLZT，PLZT可用热压烧结或在高PbO气氛下通氧烧结形成透明烧结体。第132页,共158页，星期六，2024年，5月固溶体的性质解释：要获得透明陶瓷的关键在于气孔的消除，而烧结过程中气孔的消除主要是通过扩散实现的。PZT中，由于是等价取代，扩散主要依赖于热缺陷，PLZT中，由于La3+取代Pb2+为不等价取代，为保持电中性，必然要在A位或B位生成空位，PLZT中的扩散，主要通过由于杂质引入而产生的空位实现，这种空位的浓度比热缺陷浓度大许多数量级。而扩散系数与缺陷浓度成正比，因此在PLZT中，由于扩散系数的增大，加速了气孔的消除，因此PLZT可以获得透明烧结体。另外，在Al2O3中掺入MgO、Y2O3可以获得透明氧化铝陶瓷。第133页,共158页，星期六，2024年，5月固溶体的性质固溶体对单晶光学性能的影响人造宝石宝石名称基体颜色着色剂(%)淡红宝石红宝石紫罗兰宝石黄玉宝石海蓝宝石桔红钛宝石蓝钛宝石Al2O3Al2O3Al2O3Al2O3Mg(AlO2)2TiO2TiO2淡红色红色紫色金黄色蓝色桔红色蓝色Cr2O30.01-0.05Cr2O31-3TiO20.5Cr2O30.1Fe2O31.5NiO0.5Cr2O30.01-0.05CoO0.01-0.05Cr2O30.05氧不足第134页,共158页，星期六，2024年，5月固溶体的性质纯的Al2O3单晶是无色透明的，称为白宝石。通过加入不同添加剂形成固溶体，可以形成不同颜色的宝石。Cr3+使Al2O3变成红色的原因：红宝石强烈吸收可见光中的篮紫光，因而呈现红色。第135页,共158页，星期六，2024年，5月固溶体的性质红宝石的光吸收特性与Cr3+造成的局域能级有关。该能级位于禁带中，该能级的存在使得电子可以吸收一个蓝色的光子跃迁到激发态，被激发的电子发生一个非辐射跃