材料物理习题答案2-缺陷和表面.ppt

第二章 晶体中的结构缺陷及其运动,4、位错有哪两种类型，简述它们的几何特点。,位错分刃型位错和螺型位错两种。 刃型位错是指一个完整的晶体某晶面以上的某处多出半个原子面，晶面像刀刃一样切入晶体，这个多于原子面的边缘就是刃型位错。 刃型位错的几何特点： (1)位错线与其滑移矢量d垂直，刃型位错可以为任意形状的曲线。 (2)有多余半原子面。刃型位错周围的点阵畸变关于半原子面左右对称。畸变区是一个狭长的管道。在位错线周围的畸变区每个原子具有较大的平均能量。 (3)习惯上，把多余半原子面在滑移面以上的位错称为正刃型位错，用符号“”表示，反之为负刃型位错，用“”表示。,螺型位错是指晶体的上半部分已经发生了局部滑移，左边是未滑移区，右边是已滑移区，原子相对移动了一个原子间距，在已滑移区和未滑移区之间有一个很窄的过渡区。在过渡区中，原子都偏离了平衡位置，使原子面畸变成一串螺旋面。 螺型位错的几何特征： (1)螺位错线与其滑移矢量d平行，故纯螺位错只能是直线。 (2)螺位错没有多余原子面，它周围只引起切应变而无体应变。 (3)据螺旋面不同，螺型位错分为左螺位错和右螺位错。,7、位错反应的基本条件是什么？指出面心立方（fcc）和体心立方（bcc）中的特征位错（以最短点阵矢量为柏矢量的位错）,并判断以下位错反应是否可以进行，为什么？,位错反应的条件： (1)几何条件:柏氏矢量守恒性， 即：b前 = b后 (2)能量条件:反应过程能量降低反应驱动力, 即：b前 b后 特征位错：面心立方（fcc）: 体心立方（bcc）: 举例： 几何条件： 反应前后柏氏矢量守恒 能量条件：反应前- 反应后- 能量降低，综上所述，该反应可以发生。,第三章 固体的表面和界面结构,1.实际固态表面有何特点？,实际表面可能是单晶、多晶，也可能是粉体或非晶态。 表面粗糙，有裂缝和空洞，大体呈周期性起伏。 表面晶粒尺寸与体内有较大差别，晶粒尺寸很细，有非晶态存在。 表面经加工易产生贝尔比层，且存在各种残余应力。 表面暴露在空气中一般会吸附空气中的水分子或氧，在一定条件下发生化学反应而被氧化或形成氢氧化物。 实际工业环境中，表面还可能物理吸附或化学吸附各种污染气体，如二氧化硫，二氧化碳，二氧化氮等。,2、吸附的物理原因有哪些？,表面原子与吸附剂之间的弱结合力范德瓦尔斯分子力，是表面原子与吸附原子之间的极化作用而产生，如极性分子固有偶极矩产生的奇森力，感应偶极矩产生的德拜力，非极性分子的瞬时偶极矩产生的伦敦力。,3、简述偏析的物理意思及其产生的可能原因。,偏析是溶质在表面或界面的富集，在烧结、结晶过程中，外电场，热处理，化工过程和元器件工作过程中发生，对材料的结构性质都有很大的影响。 产生的可能原因：在表面、晶界或相界上结构的缺陷比晶内多，溶质原子处于晶内的能量比处于晶内高，晶内原子向晶界区域偏析，以降低体系的能量。,4、固体表面电子态和体内有何差异。,表面破坏了晶体原有的三维平移周期性，因而描述固体的三维波矢不再是表征电子态的好量子数。在周期性势场中断的表面，即在平行于表面的平面里，存在二维的平移周期性,故表面电子能谱E(k)中的波矢k限制在二维布里渊区内，是平行于表面的二维波矢。 电子所处的表面势场与三维晶体内部有很大的差别，电子态为具有一种特殊的局域性状表面态。电子的波函数基本上集中在表面区域，如一两个原子层厚度以内；电子的能量落在具有同样的二维波矢和波函数具有同样的对称性的固体（内部）能带（即所谓三维能带在二维布里渊区的投影）的能隙里，因而这种电子态的波函数不可能延伸到固体内部，而是向体内逐渐衰减，一直到零。 表面上的原（离）子与周围原（离）子之间的相互作用，例如配位数，以及一对原(离)子的电子态之间相互作用强弱，均不同于内部。为了降低由于电子密度突然变化所引起的动能增加，在表面附近又会发生电子向真空区的迁移，因此表面态的存在使表面附近的局域态密度与内部不同，尤其是当这些表面态的能量很靠近费密能量时，会很显著地影响固体的表面性质。例如表面态（与延展遍及于整个固体内部的布洛赫态相比）与外来吸附原子的价电子态之间的波函数重叠较大,且能量又比较相近，因而相互作用强,容易形成稳定的吸附态。在