《晶體結(jié)構(gòu)缺陷》PPT課件.ppt

晶體結(jié)構(gòu)缺陷,點缺陷,點缺陷的名稱,無機非金屬材料中最重要也是最基本的結(jié)構(gòu)缺陷是點缺陷。根據(jù)點缺陷相對于理想晶格位置的偏差狀態(tài)，點缺陷具有不同的名稱： 填隙原子（或離子）：指原子（或離子）進入正常格點位置之間的間隙位置，成為填隙原子（離子）； 空位：正常結(jié)點位置出現(xiàn)的原子或離子空缺； 雜質(zhì)原子（離子）：晶體組分以外的原子進入晶格中，即為雜質(zhì)。雜質(zhì)原子可以取代晶體中正常格點位置上的原子（離子），稱為置換原子（離子）；也可進入正常格點位置之間的間隙位置，成為填隙的雜質(zhì)原子（離子）。,點缺陷類型,熱缺陷（本征缺陷） 雜質(zhì)缺陷（非本征缺陷） 非化學(xué)計量結(jié)構(gòu)缺陷（非整比化合物）,熱缺陷的定義,當(dāng)晶體的溫度高于絕對零度時，晶格內(nèi)原子吸收能量，在其平衡位置附近熱振動。溫度越高，熱振動幅度加大，原子的平均動能隨之增加。熱振動的原子在某一瞬間可以獲得較大的能量，掙脫周圍質(zhì)點的作用，離開平衡位置，進入到晶格內(nèi)的其它位置，而在原來的平衡格點位置上留下空位。這種由于晶體內(nèi)部質(zhì)點熱運動而形成的缺陷稱為熱缺陷。,熱缺陷類型,按照離開平衡位置原子進入晶格內(nèi)的不同位置，熱缺陷以此分為 二類： 1. 弗倫克爾缺陷（Frenkel） 離開平衡位置的原子進入晶格的間隙位置，晶體中形成了弗倫克爾缺陷。弗倫克爾缺陷的特點是空位和間隙原子同時出現(xiàn)，晶體體積不發(fā)生變化，晶體不會因為出現(xiàn)空位而產(chǎn)生密度變化。 2. 肖特基缺陷（Schottky） 離開平衡位置的原子遷移至晶體表面的正常格點位置，而晶體內(nèi)僅留有空位，晶體中形成了肖特基缺陷。晶體表面增加了新的原子層，晶體內(nèi)部只有空位缺陷。肖特基缺陷的特點晶體體積膨脹，密度下降。,雜質(zhì)缺陷,外來原子進入主晶格（即原有晶體點陣）而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)為雜質(zhì)缺陷。 點缺陷雜質(zhì)原子無論進入晶格間隙的位置或取代主晶格原子，都必須在晶格中隨機分布，不形成特定的結(jié)構(gòu)。雜質(zhì)原子在主晶格中的分布可以比喻成溶質(zhì)在溶劑中的分散，稱之為固溶體。 晶體的雜質(zhì)缺陷濃度僅取決于加入到晶體中的雜質(zhì)含量，而與溫度無關(guān)，這是雜質(zhì)缺陷形成（非本征缺陷）與熱缺陷形成（本征缺陷）的重要區(qū)別。,非化學(xué)計量結(jié)構(gòu)缺陷,原子或離子晶體化合物中，可以不遵守化合物的整數(shù)比或化學(xué)計量關(guān)系的準(zhǔn)則，即同一種物質(zhì)的組成可以在一定范圍內(nèi)變動。相應(yīng)的結(jié)構(gòu)稱為非化學(xué)計量結(jié)構(gòu)缺陷，也稱為非化學(xué)計量化合物。非化學(xué)計量結(jié)構(gòu)缺陷中存在的多價態(tài)元素保持了化合物的電價平衡。 非化學(xué)計量結(jié)構(gòu)缺陷的形成： 組成中有多價態(tài)元素組分，如過渡金屬氧化物； 環(huán)境氣氛和壓力的變化。,點缺陷的表示法, 中性 點缺陷所帶的有效電荷 正電荷 / 負電荷 點缺陷的名稱 點缺陷在晶體中占的位置,MX二價離子晶體中的點缺陷 （M為二價正離子，X為二價負離子）,空位： 填隙離子： 雜質(zhì)離子：R2+離子進入晶格間隙位置 N3+離子置換M2+離子 締和中心：,點缺陷化學(xué)反應(yīng)方程,缺陷反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)一樣，可以寫成反應(yīng)方程式。寫點缺陷方程式必須遵循以下一些基本規(guī)則： 晶格位置平衡 質(zhì)量平衡 電荷平衡,AgBr 晶體的弗倫克爾缺陷（銀離子）： 氯化鈉晶體的肖特基缺陷：,CaCl2雜質(zhì)溶入KCl晶體，可以寫出三種缺陷反應(yīng)方程： KCl 晶體屬NaCl結(jié)構(gòu)類型，氯離子作面心立方密堆積，鉀離子占據(jù)所有的八面體空隙，晶體結(jié)構(gòu)中僅有四面體空隙。從結(jié)晶學(xué)角度衡量，氯離子很難進入這些間隙位置。如果出現(xiàn)填隙鈣離子和鉀離子空位，鈣離子的半徑較大，進入四面體間隙位置需要克服很高的勢壘