固体化学 固体中的缺陷

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1、固体化学电子教案第四章固体中的缺陷主讲：王育华教授内容提要缺陷的分类杂质缺陷缺陷的表示符号本征缺陷电子和空穴点缺陷的局域能级缺陷的缔合价键和点缺陷由等同的原子或原子集团，按照一定的点阵结构，在三维方向构成一个规整的、周期性的原子序列，这样所形成的晶体是一种理想的完善的晶体。理想的晶体不仅在自然界不存在，也不可能用人工的方法制得，而且在技术上也没有什么用处。固相中的化学反应只有通过缺陷的运动(扩散)才能发生和进行，晶体中的缺陷决定着固体物质的化学活性，而且各种缺陷还规定了晶体的光学、电学、磁学、声学、力学和热学等方面的性质，可以使晶体构成重要的技术材科偏离理想的不

2、完善的晶体，一些结构和组成中存在有某些缺陷的晶体，倒是具有重要的理论意义和实际价值缺陷的化学是固体化学的核心问题第一节缺陷的分类缺陷三维缺陷（体缺陷）二维缺陷（面缺陷）一维缺陷（线缺陷）零维缺陷（点缺陷）电子缺陷导带电子价带空穴本征点缺陷杂质点缺陷错位缺陷空位间隙原子替代原子自填隙原子位错处的杂质原子位错堆垛层错孪晶界面小角晶粒间界空洞沉淀包藏杂质固体中的缺陷包括从原子、电子水平的微观缺陷到显微缺陷1.点缺陷，或者零维缺陷包括晶体点阵结构位置上可能存在的空位和取代的外来杂质原子，也包括在固体化合物AB中，部分的原子互相错位，即A原子占据了B原子的位置，B原子占据

3、了A原子的位置，或者说在亚晶格点阵上存在有错位原子和变价的离子。在点阵结构的间隙位置存在的间隙原子也属于这类点缺陷快离子导体的电导性是由离子运动所产生的,可用点缺陷存在及其运动的理论解释点缺陷问题是固体化学所要研究的主要课题和核心问题缺陷的分类缺陷的分类三种点缺陷的形成演示2.线缺陷，或者一维缺陷线缺陷是指晶体中沿某一条线附近的原子的排列偏离了理想的晶体点阵结构包括刃位错、螺型位错以及晶体位错处聚积的一些杂质原子等金属材料中的位错是决定金属力学性质的基本因素缺陷的分类刃位错：当晶体中有一个晶面在生长过程中中断了，便在相隔一层的两个晶面之间造成了短缺一部分晶面的

4、情况，或者就象在两个相邻的晶面之间插进了一个不完整的晶面一样，使晶体中的一部分原子受到挤压，而另一部分原子受到拔伸，这种缺陷叫做刃位错缺陷的分类虽然晶面的生长并末中断，但是它是斜面地绕着一根轴线盘旋生长起来的，每绕轴线盘旋一圈，就上升一个晶面间距，这种缺陷叫做螺型位错螺型位错:缺陷的分类3.面缺陷，或者二维缺陷多晶体中不同取向的晶粒之间的界面称之为晶粒间界，是由许多晶核形成的晶粒聚集体时造成的晶粒间界附近的原子排列比较紊乱，构成了面缺陷在晶粒间界的交错处以及在上述的位错处是催化反应的活性中心图4.4晶粒间界晶粒间界缺陷的分类堆垛层错原子最密堆积时如果当紧密排列的

5、原子平面一层层堆放时，推垛的顺序发生错排形成的这种堆垛层错也是一种面缺陷图4.5堆垛层错缺陷缺陷的分类4.体缺陷，或者三维缺陷是指在三维方向上尺寸都比较大的缺陷例如，固体中包含的杂质、沉淀和空洞等这些缺陷和基质晶体已经不属于同一物相，是异相缺陷5.电子缺陷理想的完善的晶体中，电子均位于最低的能级，价带中的能级完全被占据着，导带中没有电子，全部空着实际晶体中，由于存在有点缺陷，而导致在导带中有电子载流子，在价带中有空穴载流子缺陷的分类在固体化学中，主要研究的对象是点缺陷，讨论点缺陷的生成，点缺陷的平衡，点缺陷的存在所引起的固体中载流子(电子和空穴)的变化，点缺陷对

6、固体性质的影响，以及如何控制固体中点缺陷的种类和浓度等问题。缺陷的分类第二节缺陷的表示符号为了表示晶体中各类点缺陷，通常是采用克罗格(Kröger)和文克(Vink)所提出的一套符号。符号的形式如下：缺陷的名称分别用符号代示：空位缺陷用V，杂质缺陷则用该杂质的元素符号表示，电子缺陷用e表示，空穴缺陷用h表示。缺陷符号的右下角的符号标志着缺陷在晶体中所占的位置：用被取代的原子的元素符号表示缺陷是处于该原子所在的点阵格位上；用字母i表示缺陷是处于晶格点阵的间隙位置缺陷符号的右上角则标明缺陷所带有效电荷，符号×表示缺陷是中性的，·表示缺陷带有正电荷，＇表示缺陷带有负电

7、荷。一个缺陷总共带有几个单位的电荷，则用几个这样的符号标出缺陷的表示符号例如：从含有少量(如1%)CaCl2的NaCl熔体中生长出来的NaCl晶体中，可以发现有少量的离子取代了晶格位上离子，同时也有少量的离子格位空位，这两种点缺陷可以分别用符号和来表示。有效电荷不同于实际电荷，有效电荷相当于缺陷及其四周的总电荷减去理想晶体中同一区域处的电荷之差对于电子和空穴而言，它们的有效电荷与实际电荷相等在化合物晶体中，缺陷的有效电荷一般是不与其实际电荷相等的缺陷的表示符号点缺陷以及电子与空穴的浓度固体中各类点缺陷以及电子与空穴的浓度，在多数情况下是以体积浓度来表示的，即以每

8、立方厘米中所含有的该缺陷