晶体缺陷Word文件下载.docx
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晶体内部质点由于热起伏的影响,质点从正常位置位移到晶体内部的间隙位置上,正常位置上出现空位。
4、什么是肖特基缺陷、弗兰克尔缺陷？
他们属于何种缺陷，发生缺陷时位置数是否发生变化？
答：
肖特基缺陷：
晶体的结构基元，从正常的结点位置上位移到晶体的表面而正常位置上出现了空位，这种缺陷即是。
位置数增殖，体积增大。
弗兰克尔缺陷：
晶体结构中的结构基元，从正常的结点位置上位移到晶体的间隙位置上，而正常位置上出现了空位，这种缺陷即是。
位置数不增殖，体积不增大。
5、什么是非化学计量化合物：
化合物原子数量的比例,不符合定比定律,即非简单的固定比例关系。
6、ZrO2中加入Y2O3形成置换固溶体，写出缺陷反应式？
Y2O3-（2ZrO2）->
2Yzr‘+3Oo+Vo，Y2O3-（2ZrO2）->
2YZr3++2e+3Oo+Vo。
。
7、试写出少量MgO掺杂到Al2O3中和少量YF3掺杂到CaF2中的缺陷方程。
（a）判断方程的合理性。
（b）写出每一方程对应的固溶式。
3MgO2++3OO
（1）
2MgO2++2OO
（2）
YF3Y+F+2FF（3）
2YF32Y++6FF（4）
（a）书写缺陷方程首先考虑电价平衡，如方程
（1）和（4）。
在不等价置换时，3Mg2+→2Al3+；
2Y3+→3Ca2+。
这样即可写出一组缺陷方程。
其次考虑不等价离子等量置换，如方程
（2）和（3）2Mg2+→2Al3+；
Y3+→Ca2+。
这样又可写出一组缺陷方程。
在这两组方程中，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。
上述四个方程以
（2）和（3）较合理。
当然正确的判断必须用固溶体密度测定法来决定。
（b）
（1）
（2）
（3）（4）
8、试写出以下缺陷方程（每组写出二种），并判断是否可以成立，同时简单说明理由。
（1）
（2）（3）
1、
（1）两种缺陷反应方程式为：
A、
B、
其中A可以成立，因为NaCl型的MgO晶体，只有较小的四面体空隙未被阳离子占据，Al3+离子填隙会破坏晶体的稳定性。
（2）两种缺陷反应方程式为：
A、B两种都可能成立，其中在较低温度下，以A方式固溶；
在高温下（>
1800℃），以B方式固溶。
因为ZrO2为萤石型结构，在高温下具有较大的立方体和八面体空隙，能够形成填隙型缺陷。
（3）两种缺陷反应方程式为：
A可能性较大。
因萤石晶体中存较多的八面体空隙，F-离子半径较小，形成填隙型固溶体比较稳定。
9、试述晶体结构中点缺陷的类型。
以通用的表示法写出晶体中各种点缺陷的表示符号。
试举例写出CaCl2中Ca2+置换KCl中K+或进入到KCl间隙中去的两种点缺陷反应表示式。
晶体结构中的点缺陷类型共分：
间隙原子、空位和杂质原子等三种。
在MX晶体中，间隙原子的表示符号为MI或XI；
空位缺陷的表示符号为：
VM或VX。
如果进入MX晶体的杂质原子是A，则其表示符号可写成：
AM或AX（取代式）以及Ai（间隙式）。
当CaCl2中Ca2+置换KCl中K+而出现点缺陷，其缺陷反应式如下：
CaCl2++2ClCl
CaCl2中Ca2+进入到KCl间隙中而形成点缺陷的反应式为：
CaCl2+2+2ClCl
10、在缺陷反应方程式中，所谓位置平衡、电中性、质量平衡是指什么？
位置平衡是指在化合物MaXb中，M格点数与X格点数保持正确的比例关系，即M：
X=a：
b。
电中性是指在方程式两边应具有相同的有效电荷。
质量平衡是指方程式两边应保持物质质量的守恒。
11、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）
（1）TiO2-x的缺陷反应方程为：
根据质量守恒定律可得，故其密度随氧分压增加而增加，而电导率随氧分压的增加而减小，与氧分压的1/6次方成反比。
（2）Fe1-xO缺陷反应方程式为：
根据质量守恒定律可得，故其密度随氧分压增加而下降，而电导率随氧分压的增加而增加，与氧分压的1/6次方成正比。
12、晶体结构中的热缺陷有（A）和（B）二类。
（A）肖特基缺陷，（B）弗伦克尔缺陷
13、当MgO加入到ZrO2晶格中形成固溶体时，试写出其缺陷反应方程式和对应的固溶式。
MgO加入到ZrO2晶格中形成固溶体时，其缺陷反应方程和对应的固溶式如下：
（1）低温：
，
（2）高温：
14、对某晶体的缺陷测定生成能为84KJ/mol，计算该晶体在1000K和1500K时的缺陷浓度。
根据热缺陷浓度公式：
exp（－）
由题意△G=84KJ/mol=84000J/mol
则exp（）
其中R=8.314J/mol·
K
当T1=1000K时，exp（）=exp=6.4×
10-3
当T2=1500K时，exp（）=exp=3.45×
10-2
15、试写出在下列二种情况，生成什么缺陷？
缺陷浓度是多少？
（a）在Al2O3中，添加0.01mol%的Cr2O3，生成淡红宝石（b）在Al2O3中，添加0.5mol%的NiO，生成黄宝石。
（a）在Al2O3中，添加0.01mol%的Cr2O3，生成淡红宝石的缺陷反应式为：
Cr2O3
生成置换式杂质原子点缺陷。
其缺陷浓度为：
0.01%×
＝0.004%＝4×
10-3%
（b）当添加0.5mol%的NiO在Al2O3中，生成黄宝石的缺陷反应式为：
2NiO＋＋2OO
生成置换式的空位点缺陷。
0.5%×
＝0.3%
16、非化学计量缺陷的浓度与周围气氛的性质、压力大小相关，如果增大周围氧气的分压，非化学计量化合物Fe1-xO及Zn1+xO的密度将发生怎样变化？
增大？
减少？
为什么？
（a）非化学计量化合物Fe1-xO，是由于正离子空位，引起负离子过剩：
按质量作用定律，平衡常数
K=
由此可得
[V]﹠
即：
铁空位的浓度和氧分压的1/6次方成正比，故当周围分压增大时，铁空位浓度增加，晶体质量减小，则Fe1-xO的密度也将减小。
（b）非化学计量化合物Zn1+xO，由于正离子填隙，使金属离子过剩：
根据质量作用定律
K=[][e′]2
得[]
间隙离子的浓度与氧分压的1/6次方成反比，故增大周围氧分压，间隙离子浓度减小，晶体质量减小，则Zn1+xO的密度也将减小。
17、非化学计量氧化物TiO2-x的制备强烈依赖于氧分压和温度：
（a）试列出其缺陷反应式。
（b）求其缺陷浓度表达式。
非化学计量氧化物TiO2-x，其晶格缺陷属于负离子缺位而使金属离子过剩的类型。
（a）缺陷反应式为：
2TiTi?
/FONT>
O2↑→2++3OO
OO→+2e′+O2↑
（b）缺陷浓度表达式：
[V]
18、（a）在MgO晶体中，肖特基缺陷的生成能为6ev，计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度。
（b）如果MgO晶体中，含有百万分之一mol的Al2O3杂质，则在1600℃时，MgO晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？
说明原因。
（a）根据热缺陷浓度公式：
由题意△G=6ev=6×
1.602×
10-19=9.612×
10-19J
K=1.38×
10-23J/K
T1=25+273=298KT2=1600+273=1873K
298K：
exp=1.92×
10-51
1873K：
exp=8×
10-9
（b）在MgO中加入百万分之一的Al2O3杂质，缺陷反应方程为：
此时产生的缺陷为[]杂质。
而由上式可知：
[Al2O3]=[]杂质
∴当加入10-6Al2O3时，杂质缺陷的浓度为
[]杂质=[Al2O3]=10-6
由（a）计算结果可知：
在1873K，[]热=8×
显然：
[]杂质＞[]热，所以在1873K时杂质缺陷占优势。
19、、MgO的密度是3.58克／厘米3，其晶格参数是0.42nm，计算单位晶胞MgO的肖脱基缺陷数。
设有缺陷的MgO晶胞的晶胞分子数为x，晶胞体积V=（4.20）3，x=ρVN0/M=3.96,单位晶胞的肖脱基缺陷数=4-x=0.04。
20、MgO晶体的肖特基缺陷生成能为84kJ／mol，计算该晶体在1000K和1500K的缺陷浓度。
n/N=exp（-E/2RT），R=8.314，T=1000k：
n/N=6.4×
10-3；
T=1500k：
n/N=3.5×
10-2。
21、非化学计量化合物FexO中，Fe3+／Fe2+=0.1，求FexO中的空位浓度及x值。
Fe2O32FeFe·
+3OO+VFe’’
y
2y
y
Fe3+2yFe2+1-3yO，
X=1-y=1-0.0435=0.9565,Fe0.9565O
[VFe’’]===2.22×
22、非化学计量缺陷的浓度与周围气氛的性质、压力大小相关，如果增大周围氧气的分压，非化学计量化合物Fe1-XO及Zn1+XO的密度将发生怎么样的变化?
增大还是减小?
为什么?
Zn（g）Zni·
+e’,Zn（g）+1/2O2=ZnO,Zni·
+e’+1/2O2ZnO,[ZnO]=[e’]，
∴PO2
[Zni·
]
ρ
O2（g）OO+VFe’’+2h
k=[OO][VFe’’][h·
]/PO21/2=4[OO][VFe’’]3/PO21/2,[VFe’’]∝PO2-1/6，
∴
PO2
[VFe’’]
23、对于刃位错和螺位错，区别其位错线方向、柏氏矢量和位错运动方向的特点。
刃位错：
位错线垂直于，位错线垂直于位错运动方向；
螺位错：
位错线平行于，位错线平行于位错运动方向。
24、有两个相同符号的刃位错，在同一滑移面上相遇，它们将是排斥还是吸引？
排斥，张应力重叠，压应力重叠。
25、晶界对位错的运动将发生怎么样的影响？
能预计吗？
晶界对位错运动起阻碍作用。
26、晶界有小角度晶界与大角度晶界之分，大角度晶界能用位错的阵列来描述吗？
不能，在大角度晶界中，原子排列接近于无序的状态，而位错之间的距离可能只有一、两个原子的大小，不适用于大角度晶界。
27、试述影响置换型固溶体的固溶度的条件。
（1）原子或离子尺寸的影响，△r<
15%时，可以形成连续固溶体；
△r=15%～30%时，只能形成有限型固溶
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