《无机材料科学基础》课程教学资源（PPT课件）第二章 晶体缺陷

河北联合大学第二章晶体缺陷无机材料科学基础

河北联合大学 无机材料科学基础 第二章 晶体缺陷

概述无机材料科学基础第二章 晶体缺陷固体在热力学上最稳定的状态是处于0K温度时的完整晶体状态，此时，其内部能量最低。晶体中的原子按理想的晶格点阵排列。实际的真实晶体中，在高于0K的任何温度下都或多或少的存在着对理想晶体结构的偏离，即存在着结构缺陷。结构缺陷的存在及其运动规律，对固体的电学性质、机械强度、扩散、烧结、化学反应性、非化学计量组成以及材料的物理化学性能都有着密切的关系，只有在理解了晶体结构缺陷的基础上，才能阐明涉及到质点迁移的速度过程。因此，掌握晶体缺陷的知识是掌握材料科学的基础。河北联合大学

河北联合大学 无机材料科学基础 第二章 晶体缺陷 概 述 固体在热力学上最稳定的状态是处于0K温度时的完整晶体 状态，此时，其内部能量最低。晶体中的原子按理想的晶 格点阵排列。实际的真实晶体中，在高于0K的任何温度下， 都或多或少的存在着对理想晶体结构的偏离，即存在着结 构缺陷。结构缺陷的存在及其运动规律，对固体的电学性 质、机械强度、扩散、烧结、化学反应性、非化学计量组 成以及材料的物理化学性能都有着密切的关系，只有在理 解了晶体结构缺陷的基础上，才能阐明涉及到质点迁移的 速度过程。因此，掌握晶体缺陷的知识是掌握材料科学的 基础

晶体缺陷无机材料科学基础 第二章 晶体缺陷从形成的几何形态上分类面缺陷晶体缺陷线缺陷点缺陷

晶体缺陷 从形成的几何形态上分类 无机材料科学基础 第二章 晶体缺陷 晶体缺陷 面缺陷 线缺陷 点缺陷

晶体缺陷无机材料科学基础 第二章 晶体缺陷其中点缺陷按形成原因分组成缺陷点缺陷热缺陷非化学计量化合物缺陷

晶体缺陷 其中点缺陷按形成原因分 点缺陷 组成缺陷 热缺陷 非化学计量 化合物缺陷 无机材料科学基础 第二章 晶体缺陷

S1热缺陷无机材料科学基础 第二章晶体缺陷一.热缺陷定义当晶体的温度高于绝对OK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。由于质点热运动产生的缺陷称为热缺陷。二.热缺陷产生的原因当温度高于绝对温度时，晶格中原子热振动，温度是原子平均动能的度量，部分原子的能量较高大于周围质点的约束力时就可离开其平衡位置，形成缺陷

无机材料科学基础 第二章 晶体缺陷 §1 热缺陷 一.热缺陷定义 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。由于质点热运动产生 的缺陷称为热缺陷。 二. 热缺陷产生的原因 当温度高于绝对温度时，晶格中 原子热振动，温度是原子平均动 能的度量，部分原子的能量较高， 大于周围质点的约束力时就可离 开其平衡位置，形成缺陷

三.热缺陷的基本类型无机材料科学基础 第二章 晶体缺陷热缺陷的基本类型肖特基缺陷弗伦克尔缺陷河北联合大学

河北联合大学 无机材料科学基础 第二章 晶体缺陷 三. 热缺陷的基本类型 肖 特 基 缺 陷 热缺陷的 基本类型 弗 伦 克 尔 缺 陷

s1 热缺陷无机材料科学基础 第二章 晶体缺陷*1.肖特基缺陷处于表面正常格点上的原子，热起伏过程中获得能量离开平衡位置但并未离开晶体，仅迁移到晶体表面外新表面的一个位置上，在原表面格点上留下空位。原子的迁移相当于空位的反向迁移表面的空位移至晶体的内部显然，在产生肖特基缺陷时晶体体积增大。为了维持晶体的电中性，正X负离子空位同时按化学式关系成比例产生。河北联合大学

河北联合大学 无机材料科学基础 第二章 晶体缺陷 §1 热缺陷 ❖ 1.肖特基缺陷 ❖ 处于表面正常格点上的原 子，热起伏过程中获得能量 离开平衡位置但并未离开晶 体，仅迁移到晶体表面外新 表面的一个位置上，在原表 面格点上留下空位。原子的 迁移相当于空位的反向迁移， 表面的空位移至晶体的内部。 显然，在产生肖特基缺陷时， 晶体体积增大。 ❖ 为了维持晶体的电中性，正、 负离子空位同时按化学式关 系成比例产生

S1热缺陷无机材料科学基础 第二章 晶体缺陷2.弗伦克尔缺陷晶格热振动时，一些原子离开平衡位置后挤到晶格的间隙位置中形成间隙原子，而原来的结点形成空位。此过程中，间隙原子与空位成对产生，晶体体积不发生变化。河北联合大学

河北联合大学 无机材料科学基础 第二章 晶体缺陷 §1 热缺陷 ❖2. 弗伦克尔缺陷 ❖ 晶格热振动时，一些 原子离开平衡位置后挤 到晶格的间隙位置中形 成间隙原子，而原来的 结点形成空位。此过程 中，间隙原子与空位成 对产生，晶体体积不发 生变化

四缺陷化学无机材料科学基础 第二章 晶体缺陷*1.缺陷的表示方法在克劳格.明克符号系统中用一个主要符号来表明缺陷的种类用一个下标来表示缺陷的位置，缺陷的有效电荷在符号的上标表示如“”表示正电，X1表示负电，"×”表示中性。河北联合大学

河北联合大学 无机材料科学基础 第二章 晶体缺陷 四. 缺陷化学 ❖1. 缺陷的表示方法 ❖ 在克劳格.明克符号系统中， ❖用一个主要符号来表明缺陷的种类， ❖用一个下标来表示缺陷的位置， ❖缺陷的有效电荷在符号的上标表示， ❖如“·”表示正电， ❖“’” 表示负电， ❖“×” 表示中性

缺陷的表示方法无机材料科学基础第二章 晶体缺陷缺陷类型及表示：1）自由电子-e，：2）电子空穴-h.；3）正常质点：单质M，MM4）空位：单质M中，Vm5）间隙质点：单质M，M6）杂质离子置换晶格中离子：如MgFe7）缔合中心：当缺陷相邻时，缺陷会缔合。由于断键数量的减少，系统能量会降低，稳定性增加

缺陷的表示方法 缺陷类型及表示： 1）自由电子－e’； 2）电子空穴－h.； 3）正常质点：单质M，MM 4）空位：单质M中，VM 5）间隙质点：单质M，Mi 6) 杂质离子置换晶格中离子：如MgFe； 7）缔合中心：当缺陷相邻时，缺陷会缔合。由于断键数量 的减少，系统能量会降低，稳定性增加。 无机材料科学基础 第二章 晶体缺陷