缺陷和非整比化合物晶體缺陷2020/12/132所謂平移對稱性就是指對空間點陣，任選一個最小的基本單元，在空間三維方向進行平移，這個單元能夠無一遺漏地完全復制所有空間格點。由于局部地方格點的破壞導致平移操作無法完整地復制全部的二維點陣。這樣的晶體，我們就稱之為含缺陷的晶體，對稱性破壞的局部區(qū)域稱為晶體缺陷。2020/12/133晶體結構缺陷的類型

分類方式：幾何形態(tài)：點缺陷、線缺陷、面缺陷等。形成原因：熱缺陷、雜質缺陷、非化學計量缺陷等。2020/12/134晶體缺陷的分類結構缺陷（本征缺陷）點缺陷面缺陷線缺陷體缺陷2020/12/135點缺陷：發(fā)生在晶格中一個原子尺寸范圍內的一類缺陷，亦稱零維缺陷，例如空位、間隙原子等。線缺陷：缺陷只在一個方向上延伸，或稱一維缺陷，主要是各種形式的“位錯”，例如晶格中缺少一列原子即形成線缺陷。面缺陷：晶體內一個晶面不按規(guī)定的方式來堆積，部分偏離周期性點陣結構的二維缺陷，即在堆積過程中偶爾有一個晶面不按規(guī)定的方式來堆積，于是這一層之間就產生了面缺陷。體缺陷：指在三維方向上相對尺寸較大的缺陷，例如完整的晶格中可能存在著空洞或夾雜有包裹物等，使得晶體內部的空間點陣結構整體中出現(xiàn)了異性形式的缺陷。2020/12/136點缺陷空位間隙原子2020/12/137點缺陷定義：又稱零維缺陷（PointDefect），缺陷尺寸處于原子大小的數量級上，即三維方向上缺陷的尺寸都很小。包括：空位（vacancy）、間隙質點（interstitialparticle）、錯位原子或離子。2020/12/1382020/12/1392020/12/1310在晶體中，位于點陣結點上的原子并非靜止的，而是以平衡位置為中心作熱振動。原子的振動能是按幾率分布，有起伏漲落的。當某一原子具有足夠大的震動能而使振幅增大到一定限度時，就可能克服周圍原子對它的制約作用，跳離其原來的位置，使點陣中形成空結點，稱為空位。2020/12/1311離開平衡位置的原子有三個去處：一是遷移到晶體表面或內表面的正常結點位置上；使晶體內部留下空位，稱為Schottky空位；二是擠入點陣的間隙位置，在晶體中同時形成數目相等的空位和間隙原子，稱為Frenkel缺陷；三是跑到其他空位中，使空位消失或空位遷移；四是一定條件下，晶體表面的原子也可能跑到晶體內部的間隙位置形成間隙原子；對于高分子晶體除了上述的空位、間隙原子和雜質原子等點缺陷外，還有其特有的點缺陷。2020/12/1312

晶體中的原子正是由于空位和間隙原子不斷地產生與復合才不停地由一處向另一處做無規(guī)則的布朗運動，這就是晶體中原子的自擴散，是固體相變、表面化學熱處理、蠕變、燒結等物理化學過程的基礎。2020/12/13132020/12/1314含義：又稱一維缺陷，位錯(dislocation)。指在一維方向上偏離理想晶體中的周期性、規(guī)則性排列所產生的缺陷，即缺陷尺寸在一維方向較長，另外二維方向上很短。如各種位錯。線缺陷的產生及運動與材料的韌性、脆性密切相關。線缺陷2020/12/13152020/12/1316位錯2020/12/1317從滑移的角度看，位錯是滑移面上已滑移和未滑移部分的交界，即晶體中某處有一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)律的錯排現(xiàn)象。晶體中的線缺陷是各種類型的位錯，其特點是原子發(fā)生錯排的范圍，在一個方向上尺寸較大，而在另外兩個方向上尺寸較小，是一個直徑約在3-5個原子間距、長幾百到幾萬個原子間距的管狀原子畸變區(qū)。2020/12/13182020/12/1319刃型位錯線可理解為晶體中已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界線。它可以是直線、折現(xiàn)或曲線，但必須與滑移方向垂直，也垂直于滑移矢量?；泼姹囟ㄊ峭瑫r包含有位錯線和滑移矢量的平面，在其他面上不能滑移。由于在刃型位錯中，位錯線和滑移矢量相互垂直，因此他們所構成的平面只有一個。對于高分子晶體除了上述的空位、間隙原子和雜質原子等點缺陷外，還有其特有的點缺陷。2020/12/13202020/12/1321面缺陷2020/12/1322

面缺陷又稱為二維缺陷，是指在二維方向上偏離理想晶體中的周期性、規(guī)則性排列而產生的缺陷。如晶界、堆積層錯等。面缺陷的取向及分布與材料的斷裂韌性有關。2020/12/1323材料的表面是最顯而易見的面缺陷。在垂直于表面方向上，平移對稱性被破壞了。由于材料是通過表面與環(huán)境及其他材料發(fā)生相互作用，所以表面的存在對材料的物理性能有重要的影響。常見的氧化、腐蝕、磨損等自然現(xiàn)象都與表面狀態(tài)有關。2020/12/1324

面缺陷－晶界

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晶界:晶界是兩相鄰晶粒間的過渡界面。由于相鄰晶粒間彼此位向各不相同，故晶界處的原子排列與晶內不同，它們因同時受到相鄰兩側晶粒不同位向的綜合影響，而做無規(guī)則排列或近似于兩者取向的折衷位置的排列，這就形成了晶體中的重要的面缺陷。2020/12/13262020/12/1327體缺陷原子偏離周期排列的三維缺陷。一般指材料中的空洞、夾雜物等，這種體缺陷對材料性能的影響一方面與它的幾何尺寸的大小有關；另一方面也與其數量、分布有關；它們的存在常常是有害的。2020/12/1328按缺陷產生的原因分類熱缺陷雜質缺陷非整比缺陷晶體缺陷電荷缺陷2020/12/1329熱缺陷定義:熱缺陷亦稱為本征缺陷，是指由熱起伏的原因所產生的空位或間隙質點（原子或離子）。類型:弗侖克爾缺陷（Frenkeldefect）和肖特基缺陷（Schottkydefect）T↑→原子脫離其平衡位置→在原來位置上產生一個空位2020/12/1330②表面位置Frenkel缺陷Schottky缺陷①間隙位置2020/12/1331雜質缺陷定義:亦稱為組成缺陷，是由外加雜質的引入所產生的缺陷?；|原子雜質原子基質原子雜質原子取代式

間隙式

2020/12/1332非整比缺陷

指組成上偏離化學中的定比定律所形成的缺陷。它是由基質晶體與介質中的某些組分發(fā)生交換而產生。如Fe1－xO、Zn1+xO等晶體中的缺陷。2020/12/1333含義：實際的化合物中，有一些化合物不

符合定比定律，負離子與正離子的

比例并不是一個簡單的固定的比例

關系，這些化合物稱為非整比化合

物（或非化學計量化合物）。非整比缺陷2020/12/1334非整比化合物的特點：1）非整比化合物產生及缺陷濃度與氣氛性質、壓力有關；2）可以看作是混合價態(tài)化合物；3）非整比化合物都是半導體。半導體材料分為兩大類：一是摻雜半導體，如Si中摻P為n型半導體；二是非整比化合物半導體，又分為金屬離子過剩（n型）（包括負離子缺位和間隙正離子）和負離子過剩（p型）（正離子缺位和間隙負離子）。非整比缺陷2020/12/1335非整比化合物的分類一、由于負離子缺位，使金屬離子過剩二、由于間隙正離子，使金屬離子過剩三、由于存在間隙負離子，使負離子過剩四、由于正離子空位的存在，引起負離子過剩非整比缺陷2020/12/1336由于負離子缺位，使金屬離子過剩

TiO2、ZrO2會產生這種缺陷，分子式可寫為TiO2-x，ZrO2-x，產生原因是環(huán)境中缺氧，晶格中的氧逸出到大氣中，使晶體中出現(xiàn)了氧空位。非整比缺陷2020/12/1337非整比缺陷2020/12/1338由于間隙正離子，使金屬離子過剩

Zn1+xO和Cdl+xO屬于這種類型。過剩的金屬離子進入間隙位置，帶正電，為了保持電中性，等價的電子被束縛在間隙位置金屬離子的周圍。例如ZnO在鋅蒸汽中加熱會形成這種缺陷。非整比缺陷2020/12/1339e由于間隙正離子，使金屬離子過剩型結構非整比缺陷2020/12/1340由于存在間隙負離子，使負離子過剩具有這種缺陷的結構，目前只發(fā)現(xiàn)UO2+x，可以看作U2O8和UO2的化合物，具有這樣的缺陷。當在晶格中存在間隙負離子時，為了保持電中性，結構中引入空穴，空穴在電場下會運動。因此，這種材料是P型半導體。非整比缺陷2020/12/1341非整比缺陷由于間隙負離子，使負離子過剩型結構2020/12/1342由于正離子空位的存在，引起負離子過剩

由于正離子空位的存在，為了保持電中性，兩個空穴被吸引到空位的周圍，形成P型半導體。非整比缺陷2020/12/1343非整比化合物缺陷的濃度與氣氛的性質及大小有關，這是它和別的缺陷的最大不同之處。以非整比的觀點來看問題，世界上所有的化合物，都是非整比的，只是非整比的程度不同而已。非整比缺陷2020/12/1344其它原因，如電荷缺陷，輻照缺陷等

電荷缺陷：質點排列的周期性未受到破壞，但因電子或空穴的產生，使周期性勢場發(fā)生畸變而產生的缺陷。輻照缺陷：材料在輻照下所產生的結構不完整性。2020/12/1345（1）對力學性質的影響（2）對催化性能影響（3）對電化學性質的影響（4）對光學性質的影響（5）對晶體顏色的影響缺陷對晶體性質的影響2020/12/13461．對力學性質的影響

由于結構缺陷的存在，使得晶體的機械強度大大降低。2.對光學性質的影響晶體缺陷對晶體的光學性質有很大影響。如雜質原子就會對閃爍晶體材料的性能產生重大影響。BGO是化合物Bi4Ge3O4的簡稱。BGO晶體無色透明，室溫時在光和X射線輻照下有很強的發(fā)光性質，是性能優(yōu)異的新一代閃爍晶體材料，可以用于探測X2020/12/1347射線、

Y射線、正電子和帶電粒子等，在核物理，高能物理，核醫(yī)學和石油勘探等有廣泛應用，但如果含千分之幾的雜質，發(fā)光性能就會受到嚴重的影響。

3．對電學性質的影響由于晶格中空位缺陷的存在，對各類晶體的電導率產生不同的影響。因為在電場作用下，離子會通過空位而移動，從而增高了離子晶體的電導率；但對電子導電的金屬晶體而言，則因其內部缺陷濃度的增加而導致了電阻率的增高。2020/12/1348雜質對于晶體，特別是對半導體材