沈阳化工大学无机材料科学基础晶体结构缺陷

1、第3章 晶体结构缺陷一、名词解释1结构缺陷：晶体点阵结构中周期性势场的畸变2热缺陷与杂质缺陷：当晶体的温度高于绝对0K时，由于晶格内原子热振动，使一部分能量较大的原子离开平衡位置造成的缺陷，也称为本征缺陷。3弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷：能量足够大的质点离开正常格点后挤入晶格间隙位置，而原来位置上形成空位，特点是：空位与间隙原子成对出现，晶体体积不变正常格点上的质点获得能量后离开平衡位置迁移到新表面位置，而在晶体表面形成新的一层，同时在晶体内部正常格点上留下空位。 特点：原子跃迁至表面，体内留下空位；晶体体积增加；正负离子空位成比例、成对出现4固溶体、置换型固溶体与间隙型固溶体：外来组元进入晶体的

2、结构当中，占据了晶体的质点位置或挤入了晶体的间隙位置杂质原子进入晶体结构中占据正常格点位置所生成的固溶体杂质原子进入晶体结构的间隙位置所生成的固溶体5非化学计量化合物：指组成上偏离化学计量而形成的化合物（即正负离子的比例不是一定的）6刃位错与螺位错：刃位错：在位错线附近原子失去正常有规律排列，并滑移一段距离，位错线与原子滑移方向和伯格斯矢量垂直螺位错：在位错线附近原子失去正常有规律排列，产生螺旋位移位，错线与原子滑移方向和伯格斯矢量平行二、填空与选择1晶体结构中的热缺陷有 弗伦克尔缺陷 和 肖特基缺陷 二类。2CaO掺杂到ZrO2中，其中 Ca离子 置换了 Zr离子 。由于电中性的要求，在上述

3、置换同时产生一个 O 空位。以上置换过程可用方程式 表示。3晶体线缺陷中，位错线与 伯格斯矢量 和 原子滑移方向 垂直的是 刃位错 位错；位错线与二者平行的是 螺位错 位错。4在下列几类晶体中，形成间隙型固溶体的次序是 A 。（ A 沸石>CaF2>TiO2>MgO； B MgO>TiO2>CaF2>沸石；C CaF2>TiO2>MgO>沸石；D TiO2>MgO>CaF2>沸石 ）TiO2（填充一半八面体空隙）；MgO（填充所有半八面体空隙）；CaF2（填充所有四面体空隙）5非化学计量化合物Cd1+xO、Cu2xO和Zr

4、O2x，由于在化学组成上偏离化学计量而产生的晶格缺陷分别是 B 、 C 和 A 。（ A 负离子空位；B 间隙正离子；C 正离子空位；D 间隙负离子 ）6在Fe1xO晶体中，随氧分压增大，晶体的导电率 A 。（ A 降低 B 升高 C 不变 ） 负离子缺位型阳离子缺位型三、说明下列符号的含义：VNa，VNa，VCl· ，.(VNaVCl·)，CaK·，CaCa，Cai··VNa钠原子空位，VNa钠离子空位，VCl· 氯原子空位，.(VNaVCl·)钠离子氯离子缔合中心，CaK·钙离子替换钾离子，CaCa钙离子替换钙

5、离子，Cai··钙离子空隙四、写出下列缺陷反应式： （1）NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体： （2）CaCl2溶人NaC1中形成空位型固溶体： （3）NaCl形成肖脱基缺陷： （4）AgI形成弗仑克尔缺陷(Ag+进入间隙)： （5）CaF2中添加YF3形成间隙固溶体：（6）ZrO2中添加CaO形成置换固溶体：五、金黄色的人造黄玉是在Al2O3中添加了0.5molNiO和0.02molCr2O3。试写出缺陷反应方程（置换型）及化学式。六、写出少量MgO掺杂到Al2O3中、少量YF3掺杂到CaF2中的缺陷反应方程，并：（1）判断方程的合理性；（2）写出每一方程对应的固溶

6、式。 从结晶化学的晶体稳定性考虑，在离子晶体中除萤石型晶体结构可以产生间隙型固溶体以外，由于离子晶体中阴离子紧密堆积，间隙阴离子或阳离子都会破坏晶体的稳定性。因而间隙型缺陷在离子晶体中（除萤石型）较少见七、在MgO-Al2O3和PbTiO3-PbZrO3中哪一对形成有限固溶体，哪一对形成无限固溶体，为什么? MgO-Al2O3有限固溶体（晶体结构前者为NaCl型，后者为Al2O3型、前者为正二价后者为正三价） PbTiO3-PbZrO3为无限固溶体（晶体结构均为钙钛矿型，二者均为正四价）八、影响置换型固溶体和间隙型固溶体形成的因素有哪些？ 置换型固溶体：原子或离子尺寸（15%形成连续固溶体；1

7、5%30%有限固溶体）、晶体结构类型（相同形成连续固溶体）、离子类型和键性、电价因素（相等连续固溶体）、电负性因素 间隙型固溶体：1结构尺寸因素（杂质小，空隙大）2电价因素九、试比较刃位错和螺位错的异同点。刃位错：在位错线附近原子失去正常的排列结构，并滑移一段距离，不同点与伯格斯矢量和原子滑移方向垂直螺位错：在位错线附近原子失去正常的排列结构，并螺旋移动，不同点与伯格斯矢量和原子滑移方向平行相同点在于引起晶体畸变和形成应力场，离位错线越远，晶格畸变越小十、TiO2-x和Fe1-xO分别为具有阴离子空位和阳离子空位的非化学计量化合物。试说明其导电率和密度随氧分压PO2变化的规律。（以缺陷方程帮助说明）负离子缺位型TiO2-x 当氧分压上升，氧空位下降，电子数同时下降；导致导电率下降；密度上升阳离子缺位型Fe1-xO 氧分压上升，h*上升铁空位上升，导电率上升，密度下降十一、 （a）在CaF2晶体中，弗仑克尔缺陷形成能为2.8eV，肖特基缺陷的生成能为5.5eV，计算在25和1600时热缺陷的浓度？（k1.38×1023J/K，1eV1.602×1019J）（b）如