材料化学导论第3章晶体的缺陷化学

30第3 章 晶体的缺陷化学 概论 完美晶体（Perfact Crystals） 晶体中原子的有序排列在三维空间无限延伸并且具有严格的周期性循环。由于以下原因，实际晶体的结构往往偏离完美晶体的结构： ㈠由于热力学原因，原子会离开它自身原本应在的格点； ㈡由于堆垛的原因，不同的原子错占对方原子的位置； ㈢化学过程引入杂质原子。 这些不完美性都称作晶体中的缺陷（Defects）。这种晶体称作缺陷晶体（Crystals with defects）。 晶体中的缺陷可以分为以下几种： ⑴零维缺陷，也叫点缺陷（point defects）。它包括：①空位：vacancy；②间隙原子：interstitial atoms；③杂质原子：impurity；④替代原子：substitutional atoms；⑤缔合中心：associated center。 我们将上述缺陷①、②、⑤这类主要产生于晶体本身结构的缺陷，称作本征缺陷（Native defects or intrinsic defects）或结构缺陷（Structural defects）；而将③、④这种主要由于外来原子进入晶体所造成的缺陷叫作杂质缺陷（Imourity defects）。由于这些缺陷主要来自化学方面，因之又称其为化学缺陷（Chemical defects ）。它们又都是非本征缺陷（innative defects）。 ⑵线缺陷 位错（dislocation）是一种。 ⑶面缺陷 表面缺陷 晶粒间界。 ⑷体缺陷 包藏杂质（inclusions），沉淀，失泽，空洞。 ⑸扩展缺陷。 ⑹电子缺陷 电子（electrons），空穴（hole）。 我们这里主要介绍电子缺陷和点缺陷。 §3.1 热缺陷及其热力学 3.1.1 热缺陷的形成及条件 1． 热缺陷（物理点缺陷）的形成及种类 完美晶体在温度高于0K 时，其原子存在着振动。振动时原子可视为谐振子，其能量有涨落。当能量大到某一程度时，原子就会离开平衡位置，即脱离了其格点。这种热运动有以下几种方式： (1)脱离格点原子跑到邻近原子的间隙中。产生一个空格点,称作空位。进入间隙的原子失去能量后就被束缚在那里，形成间隙原子。但由于它们距离很近，又可以跑回原来的空位上，称作间隙原子和空位的复合。有一些间隙原子可以在间隙中移动，离空位较远， 31图 3.1 热缺陷的形成过程及类型 a.空位与间隙原子成对形成,Frenkel 缺陷 b.只有空位的形成 Schottky缺陷 c.只有间隙原子形成,也归入 Frenkel 缺陷 就在晶格中长期存在下来（如图 3.1 中原子的移动路线 a）。这种空位和间隙原子成对出现的缺陷称作 Frenkel 缺陷。这种缺陷的浓度依照温度高低而存在，故称作热...