理论教育 点缺陷的类型及符号解析

点缺陷的类型及符号解析

时间:2023-06-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:为了描述晶体中的点缺陷,并研究它们之间的作用,人们采用一定的符号对其进行表示。表示点缺陷的方法很多,但最受欢迎的还是F.A.Krger和H.J.Vink提出的符号。右下标的i表示缺陷在间隙位,是interstitial的首字母。图4.1点缺陷及其引起的一些晶格畸变示意图图4.1点缺陷及其引起的一些晶格畸变示意图

点缺陷的类型及符号解析

为了描述晶体中的点缺陷,并研究它们之间的作用,人们采用一定的符号对其进行表示。表示点缺陷的方法很多,但最受欢迎的还是F.A.Kröger和H.J.Vink提出的符号。该符号的基本形式为,D表示缺陷的种类,s为缺陷所在位置,z为缺陷所带电荷。缺陷带一个单位正电荷用一个“·”表示,一个单位负电荷用一个“′”表示,以此类推。不带电用“×”表示,也可空着。下面用离子晶体MX为例说明点缺陷符号的意义,设M为+2价,X为-2价。

1.电子和电子空穴

如果电子、电子空穴不局限于一个特定位置,其表示方法:电子用“e′”表示;缺少一个电子即电子空穴用“h·”表示。而如果电子、电子空穴只局限在一个特定位置,如空位,则用带电的空位来表示。

2.空位(vacancy)

M、X原子不带电,从晶格中去掉一个原子,留下的空位也不带电,故原子空位的符号为或VM,VX。V为vacancy的首字母。

如果从正常晶格中去掉一个离子,则会在空位上留下一定的电荷。比如,从正常晶格中去掉一个M2+,则会在原来位置上留下2个电子,即空位带有两个单位负电荷实际由空位与束缚在该空位上的电子复合而成,写作=VM+2 e′。同理,去掉一个X2-,则同时带走2个电子,空位带有两个单位正电荷负离子空位少了电子,产生电子空穴,电子空穴也束缚在该空位上,故可写作=VX+2h·

3.间隙缺陷

不在正常格点上的原子或离子为间隙原子(interstitial atom)或间隙离子(interstitial anion)。M2+和X2-进入间隙位,把相应的电荷也带入该处,符号为。右下标的i表示缺陷在间隙位,是interstitial的首字母。比如,理想的MgO晶体中,四面体空隙全空,Mg2+、O2-进入四面体空隙就成了间隙离子。同样,外来离子进入间隙位,也同样如此表示:Al3+进入MgO晶体中的间隙位

当然,间隙位的原子是不带电的,则表示为或Mi,Xi。在离子晶体的点缺陷研究中,与空位的情况相似,人们常常把它们当作离子来处理。而在金属固溶体中,则常以原子及其空位来对待点缺陷,这一点需要注意。

4.错位缺陷(www.daowen.com)

M2+占据X2-的位置而形成的缺陷称作错位缺陷。X2-的空位为,电价+2价,M2+进入该空位后形成的错位缺陷,其电荷为+4价,表示为,或X2-占据M2+的位置,而成为。这种情况会使系统的能量增加较多,不是很稳定,故通常对这种情况不做讨论。

5.杂质置换缺陷

外来杂质离子如L3+占据正常点阵位置,分别取代M2+或X2-,即占据它们的空位。L3+是+3价,M2+空位为-2价,复合后表示为。比如,Mg2+取代Al2O3中的Al3+,表示为

不同电性的离子取代会使系统不稳定,为使系统稳定,故一般是阳离子取代阳离子,阴离子取代阴离子。

6.缔合中心

一个带电点缺陷与另一个带相反电荷的点缺陷缔合成一组或一群,形成缔合中心,如()、()。NaCl晶体中,最近邻的钠空位与氯空位可能缔合成空位对()。

以上这些晶格中的点缺陷,破坏了原有原子(离子)间的作用力平衡,引起周期性势场的改变。这会使点缺陷周围的原子(离子)做微量位移,产生晶格畸变(图4.1)。

图4.1 点缺陷及其引起的一些晶格畸变示意图(引自刘培生,2010)

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