晶体结构缺陷习题课PPT学习教案

1、会计学1 晶体结构缺陷习题课晶体结构缺陷习题课 2、书写缺陷反应式应遵循的原则、书写缺陷反应式应遵循的原则 3、缺陷浓度计算、缺陷浓度计算 4、固溶体的分类及形成条件、固溶体的分类及形成条件 5、研究固溶体的方法、研究固溶体的方法 第一章第一章 习题课习题课 1、缺陷的分类、缺陷的分类 6、非化学计量化合物、非化学计量化合物 第1页/共13页 点缺陷点缺陷 热热 缺缺 陷陷 杂杂 质质 缺缺 陷陷 非化学计量结构缺陷（电荷缺陷）非化学计量结构缺陷（电荷缺陷） 第2页/共13页 非化学计量化合物非化学计量化合物类型类型： 阳离子填隙型阳离子填隙型 阴离子间隙型阴离子间隙型 阳离子空位型阳离子空位

2、型 阴离子缺位型阴离子缺位型 第3页/共13页 26 (a) 在在CaF2晶体中，晶体中，Frankel缺陷形成能为缺陷形成能为2.8eV，Schttky缺陷的生成能为缺陷的生成能为 5.5eV，计算在计算在25和和1600时热缺陷的浓度？时热缺陷的浓度？ (b) 如果如果CaF2晶体中，含有晶体中，含有10 6的 的YF3杂质，则在杂质，则在1600时，时， CaF2晶体中是热晶体中是热 缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？说明原因。缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？说明原因。 解解：(a) 由题可知，由题可知， Frankel缺陷形成能缺陷形成能 Schttky缺陷的生成能缺陷的生成能 由由 知，知

3、， Frankel缺陷浓度高，因而缺陷浓度高，因而 是主要的。是主要的。 ) 2 exp( KT E N n 24 23 19 102.06) 298101.382 101.6028 . 2 exp( N n 4- 1070. 1) 1873101.382 101.6028 . 2 exp( 23 19 N n FCaCa CaF FVYSFY62)(2 . 3 2 (b) 由此可知由此可知 6 3 105 . 02/1 YFVCa 杂质 4 1070. 1 热热 Ca V 而在而在1873K时时所以此时所以此时占优势。占优势。 第4页/共13页 27 试写出下列缺陷方程试写出下列缺陷方程 O

4、iAl OAl OOTiTiOa322 32 2 OAlAl OAl OVTiiOT633 32 2 OOTh ThO OVaCCaOb 2 OiTh ThO OCaaCCaO22 2 OMgMg MgO OVYOYc32 32 OiMg MgO OOYOY22 32 OOZr ZrO OVlAOAld32 2 32 OiZr ZrO OAllAOAl632 2 32 第5页/共13页 29 高温结构材料高温结构材料Al2O3可以用可以用ZrO2来实现增韧，也可以用来实现增韧，也可以用MgO来促进来促进Al2O3 的烧结。的烧结。 (a) 如加入如加入0.2mol% ZrO2,试写出缺陷反应式

5、和固溶分子式。试写出缺陷反应式和固溶分子式。 (b)如加入如加入0.3mol% ZrO2和和Xmol%MgO对进行复合取代，试写出缺陷对进行复合取代，试写出缺陷 反应式、固溶分子式及求出反应式、固溶分子式及求出X值。值。 所以固溶分子式为：所以固溶分子式为：Al1.998Zr0.002O3.001 解：解：(a) 缺陷反应式：缺陷反应式： 2 : 2 : 1 0.002 : 0.002 : 0.001 OiAl OAl OOZrZ32rO2 32 2 (b) 缺陷反应式为缺陷反应式为 OOAl OAl OVgMMgO 22 32 2 : 2 : 1 X : X : X/2 复合取代反应式为复合

6、取代反应式为 OOiAlAl OAl OVOgMZrMgOZrO 2 5 2 1 2 1 32 2 1 : 1 1 : 1 : 1/2 : 1/2 0.3%: X 0.3% : X : X/2 : 0.15% 根据电中性原则根据电中性原则 X0.3% 所以固溶分子式为所以固溶分子式为Al1.994Zr0.003Mg0.003O3 第6页/共13页 211 非化学计量化合物非化学计量化合物FexO中，中，Fe3+/Fe2+0.1,求求FexO中空位浓度及中空位浓度及x值。值。 分析：分析： FexO是是Fe2O3溶解在溶解在FeO中的非化学计量化合物，先写出缺陷方程式，然后根据中的非化学计量化合

7、物，先写出缺陷方程式，然后根据Fe3+/Fe2+0.1计算。计算。 解：缺陷反应式：解：缺陷反应式： OFeFe FeO OVFeOFe32 32 1 : 2 : 1 a : 2a : a 其化学式为：其化学式为： Fe12aaFe2a O 2a/13a0.1 a = 0.044 X1a 0.956 2 1025. 2 1 X a VFe 注：注：1X为正常结点数。为正常结点数。 第7页/共13页 补充：补充： 1、用、用ZrO2和和0.25molCaO 制成固溶体，测得晶胞参数制成固溶体，测得晶胞参数 a00.5153nm，密度为密度为 5.184g/cm3， ZrO2为萤石结构，问主要缺陷

8、形式是何种？为萤石结构，问主要缺陷形式是何种？ 分析：写出可能的缺陷反应式及固溶体分子式，然后计算相应的理论密度，最后把计算密度与实测密度相比确定缺陷形式。分析：写出可能的缺陷反应式及固溶体分子式，然后计算相应的理论密度，最后把计算密度与实测密度相比确定缺陷形式。 解：缺陷反应式解：缺陷反应式 OiZr ZrO OCaaCCaO22 2 2 : 1 : 1 0.25 : 0.125 : 0.125 固溶分子式：固溶分子式： Zr0.875Ca0.25O2 0 3 0 1 1 a ZM N d 计算 OOZr ZrO OVaCCaO 2 1 : 1 : 1 0.25 : 0.25 : 0.25

9、固溶分子式：固溶分子式： Zr0.75Ca0.25O1.75 0 3 0 2 2 a ZM N d 计算 或或 比较比较d与与 ，看谁与，看谁与 接近即为所对应的缺陷类型。接近即为所对应的缺陷类型。 第8页/共13页 2、一块金黄色的人造刚玉，化学分析结果认为，是在一块金黄色的人造刚玉，化学分析结果认为，是在Al2O3中添加了中添加了0.5mol NiO和和0.02mol%Cr2O3。试写出缺陷反应方程试写出缺陷反应方程(置换型置换型)及化学式。及化学式。 解：缺陷反应式为解：缺陷反应式为 OOAl OAl OViNNiO222 32 2 : 2 : 1 0.5% : 0.5% : 0.25%

10、 OAl OAl OCrOCr32 32 32 1 : 2 0.02% : 0.04% 固溶体的化学式为：固溶体的化学式为： Al2 0.50.04%Ni0.5%Cr0.04%O30.25% 即 即 Al1.9946Ni0.005Cr0.0004O2.9975 第9页/共13页 3、填空题、填空题 (1) 晶体产生晶体产生Frankel缺陷时，晶体体积缺陷时，晶体体积 ，晶体密度晶体密度 ；而有；而有Schtty缺陷时，晶体体积缺陷时，晶体体积 ,晶体密度晶体密度 。一般说离子晶体中正、负离子半径相差不大时，。一般说离子晶体中正、负离子半径相差不大时， 是主要的；两种离子半径相差大时，是主要的

11、；两种离子半径相差大时， 是主要的。是主要的。 (2) AgBr在适当温度时产生在适当温度时产生Frankel缺陷时，用缺陷反应表示为缺陷时，用缺陷反应表示为 ，Agi.= ；在在MgO中形成中形成Schtty缺陷时，缺陷反应式为缺陷时，缺陷反应式为 ， 。 (3) 少量少量CaCl2在在KCl中形成固溶体后，实测密度值随中形成固溶体后，实测密度值随 Ca2+离子数离子数/K离子数比值增加而减少，由此可判断其离子数比值增加而减少，由此可判断其 缺陷反应式为缺陷反应式为 。 (4) 写出缺陷反应式写出缺陷反应式 Mg V )( )( 32 2 2 32 负离子间隙 负离子空位 OY CeO ZrO OLa 第10页/共13页 ：(1) 不变不变 不变不变 变大变大 变小变小 Schtty缺陷缺陷 Frankel缺陷缺陷 (2) Kexp(- Gf/2RT) (3) AgiiAg VAgVAg )2/exp(kTGKAg fi OM