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第四章晶体结构缺陷习题与解答
名词解释(a)弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷;(b)刃型位错和螺型位错
解:(a)当晶体热振动时,一些能量足够大的原子离开平衡位置而挤到晶格点的间隙中,形成间隙原子,而原来位置上形成空位,这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。如果正常格点上原子,热起伏后获得能量离开平衡位置,跃迁到晶体的表面,在原正常格点上留下空位,这种缺陷称为肖特基缺陷。(b)滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错。位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错。
。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。
解: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
,所谓位置平衡、电中性、质量平衡是指什么?
解: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。
(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。
解:(a)根据热缺陷浓度公式:
exp(-)
由题意△G=6ev=6××10-19=×10-19J
K=×10-23 J/K
T1=25+273=298K T2=1600+273=1873K
298K: exp =×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10-6 Al2O3时,杂质缺陷的浓度为
[ ]杂质=[Al2O3]=10-6
由(a)计算结果可知:在1873 K,[ ]热=8×10-9
显然: [ ]杂质>[ ]热,所以在1873 K时杂质缺陷占优势。
,计算该晶体在1000K和1500K时的缺陷浓度。
解:根据热缺陷浓度公式:
exp(-)
由题意△G=84KJ/mol=84000J/mol
则 exp()
其中R=·K
当T1=1000K时, exp()= exp=×10-3
当T2=1500K时, exp()= exp=×10-2
,生成什么缺陷?缺陷浓度是多少?(a)在Al2O3中,%的Cr2O3,生成淡红宝石(b)在Al2O3中,