无机非金属材料科学基础(2)ppt课件

1、无机非金属资料科学根底无机非金属资料科学根底教师：赵宇龙教师：赵宇龙学院：资料学院学院：资料学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础课程大纲课程大纲绪绪 论论1晶体构造根底晶体构造根底2缺陷化学根底缺陷化学根底3非晶态根底非晶态根底4固相反响固相反响5烧结烧结6材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础第三章第三章 缺陷化学根底点缺陷缺陷化学根底点缺陷 缺陷化学概述缺陷化学概述1 点缺陷的分类点缺陷的分类2 点缺陷的研讨方法点缺陷的研讨方法4 缺陷的准化学平衡缺陷的准化学平衡3本章特点：相对第一章来说，学起来容易，题难做！本章特点：相对第一章来说，学起来容

2、易，题难做！材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础3.1 3.1 缺陷化学概述缺陷化学概述缺陷化学就是利用热力学和晶体化学原理来研讨固缺陷化学就是利用热力学和晶体化学原理来研讨固体资料中缺陷的产生、运动和化学反响的规律及体资料中缺陷的产生、运动和化学反响的规律及其对资料性能影响的一门学科。其对资料性能影响的一门学科。缺陷化学是关于固体资料中缺陷的化学，它从实际缺陷化学是关于固体资料中缺陷的化学，它从实际上定性、定量地把资料中的缺陷看作化学实体，上定性、定量地把资料中的缺陷看作化学实体，并用化学热力学的原理来研讨缺陷的类型、生成、并用化学热力学的原理来研讨缺陷的类型、生成、浓

3、度及平衡。浓度及平衡。 在学习缺陷化学之前，先来了解一下什在学习缺陷化学之前，先来了解一下什么是缺陷化学，有什么用呢！么是缺陷化学，有什么用呢！材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础研讨方法：点缺陷及其浓度可用有关生成能和其它热力学性质来描画，因此可在实际上定性和定量地把点缺陷当作实物，用化学地原理来研讨它，这就是缺陷化学的方法，其研讨对象为点缺陷，不包括声子和激子。研讨内容：涉及到点缺陷的生成、平衡及反响，以及点缺陷存在引起电子和空穴的变化，和对资料固体性质的影响、如何控制资料中点缺陷的浓度和种类等。材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础信息产业基石信

4、息产业基石 - 硅硅 - 掺杂掺杂 - 有一定导电性有一定导电性 - 半导体半导体进入信息时代，当力学性能不再主导资料，电、磁进入信息时代，当力学性能不再主导资料，电、磁等性能浮出水面，资料的电、磁性能受原子间的化学等性能浮出水面，资料的电、磁性能受原子间的化学键、电子能级等影响较大，因此在原子数量级的构造键、电子能级等影响较大，因此在原子数量级的构造和组成很大程度上影响资料性能，掺杂也成了抢手！和组成很大程度上影响资料性能，掺杂也成了抢手！材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础微波通讯微波通讯 高频电路高频电路1M 高频电容高频电容 高介电常数高介电常数要求：有高介电常数

5、、低介质损耗弹性变形，常用以要求：有高介电常数、低介质损耗弹性变形，常用以BaTiO3或或PbTiO3基固溶体为主晶相，小型大容量。基固溶体为主晶相，小型大容量。 这类陶瓷在改善其性能时，普统统过掺杂来改动内部构造，这类陶瓷在改善其性能时，普统统过掺杂来改动内部构造，到达改动极化等性能的目的。到达改动极化等性能的目的。 0.94(Na_(0.96-x)K_xLi_(0.04)_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-0.06Ba(Zr_(0.055)Ti_(0.945)O_3 ceramics (Na_(0.84)K_(0.16)_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3 Bi_(0.5)(Na_(

6、1-x)Ag_x)_(0.5)_(1-y)Ba_yTiO_3 材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础压电陶瓷压电陶瓷 水声换能、超声波水声换能、超声波Pb_(0.95)Ba_(0.05)Nb_2O_6 (1-2x)PbNb_2O_(6-x)SrTiO_(3-x)TiO_2 热释电热释电 红外探测器、热相仪红外探测器、热相仪Pb(Zr,Sn,Ti)O_3 (Pb_(1-x)Sr_x)TiO_3 热敏热敏 过流维护、过热维护过流维护、过热维护La-doped (Sr,Pb)TiO_3 不同施主掺杂对不同施主掺杂对(Sr_(0.3)Ba_(0.7)TiO_3 材料科学与工程学院材

7、料科学与工程学院无机非金属材料科学基础压敏压敏 电压与电阻电压与电阻 过压维护、高压稳压过压维护、高压稳压Bi_2O_3掺杂对掺杂对Nb_2O_5-TiO_2 Ta(5+) in (Sr(2+),Bi(3+),Si(4+)- added TiO_2-气敏气敏 气体检漏、酒精检测气体检漏、酒精检测 氧化锡、氧化锌、氧化铁等氧化锡、氧化锌、氧化铁等La_2O_3-SnO_2 SnO_2掺杂纳米掺杂纳米TiO_2 光敏光敏 光敏电阻、太阳能光敏电阻、太阳能Cd_(1-x)Zn_xTe 材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础超导陶瓷超导陶瓷PZT/Y_(0.9)Ca_(0.1)Ba

8、_2Cu_4O_8 激光陶瓷激光陶瓷Tb(3+)掺杂掺杂SrO-TiO_2-SiO_2玻璃玻璃 Nd:YAG陶瓷激光器陶瓷激光器 发光陶瓷发光陶瓷Er(3+)掺杂纳米掺杂纳米SiO_2 Ca-SiAlON:Eu(2+) 材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础3.2 3.2 点缺陷的分类点缺陷的分类3.2.3 按点缺陷的生成划分按点缺陷的生成划分3.2.2 点缺陷的表示方法点缺陷的表示方法3.2.1 按位置与成分划分按位置与成分划分3.2.4 点缺陷的缔合点缺陷的缔合无机非研讨的多为化合物，缺陷与金属比也有所不同？无机非研讨的多为化合物，缺陷与金属比也有所不同？练练习习材料科

9、学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础3.2.1 3.2.1 按位置与成分划分按位置与成分划分 晶体中质点的分布晶体中质点的分布1 金属晶体中的点缺陷金属晶体中的点缺陷2 离子晶体中的点缺陷离子晶体中的点缺陷3材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础1.1.晶体中质点的分布晶体中质点的分布 理想晶格平面表示图质点格点亚晶格空隙 了解缺陷的前提是知道没有缺陷的晶体是什了解缺陷的前提是知道没有缺陷的晶体是什么样的？理想晶格是什么样的呢？从详细到普么样的？理想晶格是什么样的呢？从详细到普通一下？通一下？材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础2.2.

10、金属晶体中的点缺陷金属晶体中的点缺陷 先来看一下金属晶体中的点缺陷？先来看一下金属晶体中的点缺陷？材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础3.3.离子晶体中的点缺陷离子晶体中的点缺陷空位是正常晶格格点上失去原子或离子后留空位是正常晶格格点上失去原子或离子后留下的空间；下的空间； 下面我们再来看一下离子晶体的点缺陷，与下面我们再来看一下离子晶体的点缺陷，与金属相比有何区别呢？看一下各种缺陷的定义？金属相比有何区别呢？看一下各种缺陷的定义？材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础间隙原子进入晶格中正常格点之间的位置原间隙原子进入晶格中正常格点之间的位置原子或离子

11、。子或离子。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础杂质原子指进入晶格中的外来原子或离子；杂质原子指进入晶格中的外来原子或离子；又可分为间隙式、置换式；固溶体。又可分为间隙式、置换式；固溶体。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础 材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础多元化合物多元化合物错位原子占据了不属于本人格点的位置的原错位原子占据了不属于本人格点的位置的原子或离子。子或离子。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础电子性缺陷指不位于特定位置自在电子和不电子性缺陷指不位于特定位置自在电子和不局限于特定位置的

12、电子空穴。局限于特定位置的电子空穴。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础缔合点缺陷多个占据相邻的位置。缔合点缺陷多个占据相邻的位置。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础3.2.2 3.2.2 点缺陷的表示方法点缺陷的表示方法 点缺陷的符号点缺陷的符号1 点缺陷化学方程式书写规那点缺陷化学方程式书写规那么么2 点缺陷反响举例点缺陷反响举例3材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础1.1.点缺陷的符号点缺陷的符号克罗格明克符号系统克罗格明克符号系统 DabD D 产生缺陷的原子的元素符号，空位产生缺陷的原子的元素符号，空位V V，e

13、 e，h hb b 缺陷位置，格点原子元素符号缺陷位置，格点原子元素符号, ,间隙间隙I Ia a 有效电荷，中性有效电荷，中性* *，正电荷，正电荷. .，负电荷，负电荷 有效电荷相当于缺陷及其四周围的总电荷减去有效电荷相当于缺陷及其四周围的总电荷减去理想晶体中同一区域处的电荷之差。理想晶体中同一区域处的电荷之差。为了像化学一样研讨点缺陷，就得像化学一为了像化学一样研讨点缺陷，就得像化学一样有一套样有一套“元素符号，给各种点缺陷分类，元素符号，给各种点缺陷分类，借以描画各种点缺陷的产生、反响等？借以描画各种点缺陷的产生、反响等？材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础写出缺

14、陷符号写出缺陷符号M2+X2-M2+X2-，L3+,S2+L3+,S2+ 914326581071112材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础2.2.点缺陷反响方程式的书写规那么点缺陷反响方程式的书写规那么1位置平衡关系位置平衡关系 亚晶格格点数比例坚持不变亚晶格格点数比例坚持不变2质量平衡质量平衡 两边质量平衡，电子、空穴、空位没有质量两边质量平衡，电子、空穴、空位没有质量3坚持电中性坚持电中性 有效电荷数相等，左右两边不用都为零有效电荷数相等，左右两边不用都为零OTiSrOTiBa3SrTiO3*BaTiO3材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础3.

15、3.点缺陷化学反响举例点缺陷化学反响举例1CaCI2溶解在KCI中 Ca占K，CI占CI Ca占K，多余CI间隙 Ca进间隙，CI占CI2MgO溶解在AI2O3中 Mg占AI，O占O 多余Mg间隙，O占O3Zn溶解在ZnO中间隙4O溶解在ZnO中间隙材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础2.2.3 2.2.3 按点缺陷生成分类按点缺陷生成分类 本征缺陷本征缺陷1 杂质缺陷杂质缺陷2 非化学计量缺陷非化学计量缺陷3借助对点缺陷的划分，了解一下缺陷的产生与方程？借助对点缺陷的划分，了解一下缺陷的产生与方程？材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础1.1.本征缺

16、陷本征缺陷本征缺陷处在晶格节点上的原子，由于热振本征缺陷处在晶格节点上的原子，由于热振动能量起伏，有一部分会分开正常位置构成动能量起伏，有一部分会分开正常位置构成的缺陷，的缺陷， 又称为热缺陷。又称为热缺陷。 1212材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础离子晶体中的本征缺陷主要有弗伦克尔缺陷、肖特基缺陷、离子晶体中的本征缺陷主要有弗伦克尔缺陷、肖特基缺陷、反肖特基缺陷、反构造缺陷等，研讨的比较多的是弗伦克反肖特基缺陷、反构造缺陷等，研讨的比较多的是弗伦克尔缺陷和肖特基缺陷。尔缺陷和肖特基缺陷。弗伦克尔缺陷指原子分开其正常格点进入间隙所构成的缺弗伦克尔缺陷指原子分开其正常格

17、点进入间隙所构成的缺陷。陷。特点是空位和间隙离子同时出现特点是空位和间隙离子同时出现 根据构成缺陷离子的类型又可分为阳离子和阴离子弗伦克根据构成缺陷离子的类型又可分为阳离子和阴离子弗伦克尔缺陷，离子大小对弗伦克尔缺陷的构成很重要，如一方尔缺陷，离子大小对弗伦克尔缺陷的构成很重要，如一方堆积，一方半径比较小。堆积，一方半径比较小。材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础 12 如何用方程描画这一过程呢？如何用方程描画这一过程呢？材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础离子分开正常格点进入外表或界面而在晶体内部构成空位所构成的缺陷称为肖特基缺陷 特点是由于晶体内

18、部要坚持电中性所以阳离子空位和阴离子空位必然同时出现。肖特基主要发生在阴阳离子相差不大的情况下材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础 1234如何用方程描画这一过程呢？如何用方程描画这一过程呢？材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础 晶体中阳离子和阴离子按照计量比构成的间隙缺陷对称为晶体中阳离子和阴离子按照计量比构成的间隙缺陷对称为反肖特基缺陷，外表离子进入晶体内部间隙所呵斥的反肖特基缺陷，外表离子进入晶体内部间隙所呵斥的 12334如何用方程描画这一过程呢？如何用方程描画这一过程呢？材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础2.2.杂质

19、缺陷杂质缺陷杂质缺陷是指由外来杂质组分原子、离子杂质缺陷是指由外来杂质组分原子、离子或基团进入晶格而引起的各种缺陷。固或基团进入晶格而引起的各种缺陷。固溶溶 量不是太大量不是太大可以分为间隙式和置换式。可以分为间隙式和置换式。 间隙式间隙式 杂质原子或离子进入到晶体的间隙位杂质原子或离子进入到晶体的间隙位置构成间隙原子或离子。置构成间隙原子或离子。 如氟化钙中掺入氟化钇，钇占据钙的如氟化钙中掺入氟化钇，钇占据钙的亚晶格，不容易构成亚晶格，不容易构成Ca空位，空位，F进入间隙处进入间隙处理。理。如何用方程描画这一过程呢？如何用方程描画这一过程呢？材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料

20、科学基础 置换型杂质缺陷构成主要有等价置换、空位机构、填隙机构、变价机构、补偿机构几种类型的置换型。等价置换 电价一样，离子尺寸、晶体构造相差不大，经过固溶产生晶格畸变到达掺杂的目的。 如SrTiO3的Sr锶置换BaTiO3中的钡 ，Ti占Ti位置，O占O位置。如何用方程描画这一过程呢？如何用方程描画这一过程呢？材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础电价不同就调整电价电价不同就调整电价空位机构空位机构 杂质原子或离子取代正常格点上原有的杂质原子或离子取代正常格点上原有的离子时，假设取代离子的价态和原有离子的离子时，假设取代离子的价态和原有离子的价态不同，为了坚持电中性，能够

21、伴随着相价态不同，为了坚持电中性，能够伴随着相应数量的空位的生成。应数量的空位的生成。 如氧化铝进入氧化镁和氧化钙进入氧如氧化铝进入氧化镁和氧化钙进入氧化锆练习化锆练习填隙机构填隙机构 晶体中，存在较大的构造间隙如八面晶体中，存在较大的构造间隙如八面体空隙，杂质离子半径小，那么能够构成体空隙，杂质离子半径小，那么能够构成填隙机构的缺陷。填隙机构的缺陷。 如氧化锆晶体中掺杂氧化钙时，假设是如氧化锆晶体中掺杂氧化钙时，假设是在比较高的温度下进展那么会出现不同的情在比较高的温度下进展那么会出现不同的情况，况， 氧化铝溶入到氧化镁练习中也能氧化铝溶入到氧化镁练习中也能够发生类似情况。够发生类似情况。如

22、何用方程描画这一过程呢？如何用方程描画这一过程呢？材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础生成电子和空穴的置换生成电子和空穴的置换 在生成空位和间隙的置换中，置换在生成空位和间隙的置换中，置换的原子都没有发生电价的变换，由于他们没的原子都没有发生电价的变换，由于他们没有足够的能量电离出空穴或者自在电子；有足够的能量电离出空穴或者自在电子； 但是有些半导体掺入杂质时由于其禁但是有些半导体掺入杂质时由于其禁带的宽度比较小，很容易就电离出电子或空带的宽度比较小，很容易就电离出电子或空穴，发生生成电子或空穴的置换。它们最初穴，发生生成电子或空穴的置换。它们最初构成中性缺陷，但是很容易

23、电离出电子或空构成中性缺陷，但是很容易电离出电子或空穴。穴。 半导体根底半导体根底材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础 AsB导导 带带价价 带带0.71eVED=0.0127eVEA=0.0104eVSGeA*BGe*由于点缺陷的存在，使得点缺陷周围的电子能级与众不同，可以在晶体的禁带中呵斥高低不等的能级，由于这些能级局限于点缺陷附近故称为局域能级，施主缺陷、受主缺陷AB如何用方程描画这一过程呢？如何用方程描画这一过程呢？材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础变价机构变价机构 阳离子存在可变的化合价，电荷平衡可阳离子存在可变的化合价，电荷平衡可经过晶

24、体中阳离子价态的改动来实现电中性经过晶体中阳离子价态的改动来实现电中性比构成空位、间隙所需能量小。如氧化比构成空位、间隙所需能量小。如氧化锂进入氧化镍，氧化钒进入氧化钛中。锂进入氧化镍，氧化钒进入氧化钛中。 LiO2Ni3 V5O2O2Ti3如何用方程描画这一过程呢？如何用方程描画这一过程呢？材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础补偿机构补偿机构 有时的缺陷反响中，上面两种情况能同有时的缺陷反响中，上面两种情况能同时发生，能产生同样的自在电子或空穴，这时发生，能产生同样的自在电子或空穴，这时的自在电子容易被空穴所俘虏，而不会出时的自在电子容易被空穴所俘虏，而不会出现变价、填

25、隙或空位的情况。现变价、填隙或空位的情况。第二个练习？写全？第二个练习？写全？OVAIOVOAIOTiTi822TiO52322ONbLiONbOLiOTiBa622BaTiO5222材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础3.3.非化学计量缺陷非化学计量缺陷非化学计量化合物非化学计量化合物 设有一化合物，其化学成分为设有一化合物，其化学成分为M原子原子和和X原子，按原子，按M：X=a:b的比例组成，那么的比例组成，那么可以用可以用MaXb来表示此化合物。来表示此化合物。 这种化合物有一定的晶体构造，那这种化合物有一定的晶体构造，那么这两种原子的格点浓度的比值为：么这两种原子

26、的格点浓度的比值为：RL=LM: LXa:b材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础 但实践的化合物晶体中，M和X的比值会或多或少的偏离b:a, 即M：Xa:b，这种化合物我们就称为非化学计量化合物。 我们用化学式Ma(1+Xb表示该化合物的组成，这里是一个很小的正值或负值。那么这个化合物中M原子和X原子的浓度比值为：RC=M: Xa (1+ :b RL RC=a :b材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础了解非化学计量化合物了解非化学计量化合物 化合物中各元素的原子数之比为简单的整数比，这就化合物中各元素的原子数之比为简单的整数比，这就是定比定律；是定比

27、定律； 非化学计量化合物是指化合物中各类原子的数目不能非化学计量化合物是指化合物中各类原子的数目不能用几个小的整数比表示的化合物。用几个小的整数比表示的化合物。 纯粹化学的定义所规定的非化学计量化合物是指用化纯粹化学的定义所规定的非化学计量化合物是指用化学分析、学分析、X射线衍射分析和平衡蒸气压测定等手段可以确射线衍射分析和平衡蒸气压测定等手段可以确定的、其组成偏离整比性。均匀的物相。定的、其组成偏离整比性。均匀的物相。 从点阵构造上看，非化学计量化合物组成的偏离值也从点阵构造上看，非化学计量化合物组成的偏离值也能够很小，以致于不能用化学分析或能够很小，以致于不能用化学分析或X射线衍射分析的方

28、射线衍射分析的方法觉察出来，但可以由丈量其光学、电学和磁学的性质来法觉察出来，但可以由丈量其光学、电学和磁学的性质来确定它们。确定它们。材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础2 非化学计量化合物的研讨方法 可以看作与主晶相组成一样的异价杂质“掺杂，构成空位机构或填隙机构的杂质缺陷。OVTiOTiOOTi32TiO322OVFeOFeOFeFe32 FeO32eZnZnIZnOg2 )( 材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础3 非化学计量缺陷的类型 阴离子空位型、阳离子间隙型、阴离子间隙型、阳离子空位型. . 阴离子空位型：比如复原气氛阴离子空位型：比如

29、复原气氛 TiO2 TiO2、ZrO2ZrO2、CdOCdO等为常见的这类化合物，它们的化等为常见的这类化合物，它们的化学式又可以写为学式又可以写为TiO2TiO2y y、ZrO2-y;ZrO2-y;)(221gOOOVOeVVOOeVVOO)(2212gOOOeVO)(2213242gOOTiOOOVTiOTiTi更更关关怀怀可可控控的的要要素素材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础. . 阳离子间隙型，如复原气氛或金属蒸汽气氛阳离子间隙型，如复原气氛或金属蒸汽气氛 ZnO ZnO、CdOCdO等为常见的这类化合物，它们的化学式又等为常见的这类化合物，它们的化学式又可以写

30、为可以写为Zn(1+y)OZn(1+y)O、 Cd(1+y)O; Cd(1+y)O;eZnZnII)(2212gIOeZnZnOeZnZnIZnOg2 )( ZnZnIZnOg )(eZnZnII材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础. . 阴离子间隙型阴离子间隙型 氧化气氛氧化气氛 UO2 UO2、CaF2CaF2、SrCI2SrCI2等为常见的这类化合物，它们的等为常见的这类化合物，它们的化学式又可以写为化学式又可以写为UO(2+y) UO(2+y) 、CaF (2+y)CaF (2+y)、SrCI (2+y) ;SrCI (2+y) ;OOIg)(221hOOIIhO

31、OII hOOIg. )(2212OOUOOIUgOUOU2 .)(2212材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础. . 阳离子空位型阳离子空位型 氧化气氛氧化气氛 NiO NiO、CoOCoO、MnOMnO、FeOFeO等为常见的这类化合物，它们的等为常见的这类化合物，它们的化学式又可以写为化学式又可以写为NiNi1 1y)Oy)O、CoCo1 1y)Oy)O、MnMn1 1y)Oy)O、FeFe1 1y)O;y)O;OFeVOFeOFeFegOFeO3222 )(212hFeFeFeFe222OhVOOFeg2 )(221材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材

32、料科学基础4.4.点缺陷的缔合点缺陷的缔合 平衡形状下缺陷的缔合EVCaVCaKKKK)(.置换式杂质和空位.空位和空位ECIAgVVVVCIAg)(.置换式杂质和间隙原子EFSmFSmICdICd)(缺陷是不缺陷是不断运动、断运动、产生、消产生、消逝的，偶逝的，偶尔的相遇尔的相遇可降低体可降低体系能量系能量材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础.其它类型 点缺陷的缔合主要是经过单一缺陷之间的库仑作用力来实现的，但也可以由于偶极矩、供价键作用力以及晶格的弹性作用力来实现EeVeVCICI)(.影响要素温度、浓度材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础 微畴

33、 缺陷簇无序 缺陷的有序化微畴是一种构造和组成的分立的区域，被分散在另外一种机构和组成的基体中，这样一个区域可以是有序的，但在整个晶体中是随机分布的。如Fe1-yO中缺陷的有序化是指缺陷在晶格中按一定的规律周期性反复。如Fe1-yS)()(VFeVVVFeFeIFeIFe材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础练习：练习：1.当Fe参与到半导体LixNi1-xO中时，生成LixFeyNi1-x-yO，试预测Fe该资料电导率的影响？2. 比较锗中掺杂的电导率，10.1ppmAs20.1ppmAs + 0.05ppmAI 30.1ppmAs + 0.1ppmAI41ppmAI材料

34、科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础3. 金属铝为面心立方格子，晶胞参数为4.0510-10m，试从从晶胞参数、晶胞分子数、相对原子量出发，计算其实际密度；实验测定密度值为2.69103千克/立方米，分析缘由。4. 把YF3掺入CaF2晶体中呵斥杂质缺陷，如YF3掺入量为20%，实验测得掺杂后的晶体晶胞参数为a=5.5010-10m,密度d=3.64103kg.m-3,试确定杂质缺陷的类型相对原子量：Y为88.90，Ca为40.08，F为19.00。材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础5. Fe1-YO中，三价铁与二价铁的比值为0.1,试计算该晶体中空位

35、缺陷的百分数？材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础3.3 3.3 缺陷的准化学平衡缺陷的准化学平衡2. 本征缺陷的热力学平衡本征缺陷的热力学平衡1. 准化学平衡的研讨方法准化学平衡的研讨方法5. 掺杂化合物的准化学平衡掺杂化合物的准化学平衡3. 非化学计量化合物的平衡非化学计量化合物的平衡材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础1.1.准化学平衡的研讨方法准化学平衡的研讨方法 把含有各种缺陷的实践晶体看作一个溶液体系，晶格点阵是体系中的溶剂，点缺陷是溶质，在一定条件下二者处于平衡形状，这种平衡称为准缺陷化把含有各种缺陷的实践晶体看作一个溶液体系，晶格点阵

36、是体系中的溶剂，点缺陷是溶质，在一定条件下二者处于平衡形状，这种平衡称为准缺陷化学平衡。学平衡。 把电子、空穴、各种点缺陷看作像原子、离子、分子一样的化学实体，把它们的生成、复合看作化学反响，并用类似与化学反响中的质量作用定律对把电子、空穴、各种点缺陷看作像原子、离子、分子一样的化学实体，把它们的生成、复合看作化学反响，并用类似与化学反响中的质量作用定律对缺陷的平衡进展描画。缺陷的平衡进展描画。知道在固体中有哪些缺陷、缺陷产生的机理知道在固体中有哪些缺陷、缺陷产生的机理在某种程度上都属于定性研讨，对研讨资料的在某种程度上都属于定性研讨，对研讨资料的人来说更希望进展定量和控制研讨？缺陷平衡人来说

37、更希望进展定量和控制研讨？缺陷平衡就是试图知道和控制缺陷浓度和种类的知识体就是试图知道和控制缺陷浓度和种类的知识体系？系？材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础运用质量作用定律的条件：运用质量作用定律的条件： 一切点缺陷皆处于热力学平衡形状一切点缺陷皆处于热力学平衡形状 点缺陷是随机分布的点缺陷是随机分布的 缺陷的浓度要足够低，可以替代活度缺陷的浓度要足够低，可以替代活度VVMXNull22 VVXMK最初研讨缺陷的时候，也不见得知道用何种最初研讨缺陷的时候，也不见得知道用何种方式描画点缺陷的这些过程，后来发现点缺陷方式描画点缺陷的这些过程，后来发现点缺陷某种程度上也符合质量作用定律！就逐渐建立某种程度上也符合质量作用定律！就逐渐建立了这套体系？了这套体系？材料科学与工程学院材料科学与工程学院无机非金属材料科学基础Dv = 缺陷的个数缺陷的个数 / cm3 格点数单位摩尔晶体中亚晶格个数单位摩尔晶体中缺陷的GD电子和空穴的浓度电子和空穴的浓度e和