第五章 晶体中的缺陷,完美晶体：所有原子或离子都排列在晶格中它们自己的位置上，没有外来的杂质；晶体的原子之比符合化学计量比。 实际晶体：与理想晶体有一些差异。或多或少地存在这样那样的缺陷。,晶体缺陷的存在，破坏了完美晶体的有序性，引起晶体内能U和熵S增加。按缺陷在空间的几何构型可将缺陷分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷，它们分别取决于缺陷的延伸范围是零维、一维、二维还是三维来近似描述。每一类缺陷都会对晶体的性能产生很大影响，例如点缺陷会影响晶体的电学、光学和机械性能，线缺陷会严重影响晶体的强度、电性能等。,5.1 点缺陷 热缺陷 热缺陷的统计 杂质原子 色心 极化子,热缺陷 点缺陷_晶体周期性被破坏的程度在一个点附近1至几个原子间距范围. 热缺陷_由于晶格热运动而产生的点缺陷.包含空位、填隙原子和夫仑克尔缺陷。 1）空位（Schottky缺陷）和填隙原子,2）Frenkel缺陷：空位填隙原子对称为Frenkel缺陷。,热缺陷的统计 1) 热缺陷的数目 由热力学可知，在等温过程中，当热缺陷数目达到平衡时，系统的自由能取极小值：,a）空位的平衡数目设：晶体中原子总数：N 形成一个空位所需能量：u1 晶体中空位数：n1（N n1 ）,由于晶体中出现空位，系统自由能的改变：,， W：系统可能出现的微观状态数,晶体中没有空位时，系统原有的微观状态数为W0， 由于出现空位，系统的微观状态数增加W1。,假设：W0和W1相互独立，有：W W0 W1,于是有：,在N+n1个原子位置中出现n1个空位，其微观状态数为：,达到平衡时：,利用Stirling公式，当x很大时，有：,b）间隙原子的平衡数目,晶体中间隙原子位置的总数：N 形成一个间隙原子所需能量：u2 平衡时晶体中的间隙原子数：n2（设n2 N） 则在一定温度下，间隙原子的平衡数目为：,c）Frenkel缺陷的平衡数目：,同样的方法，可求出晶体中Frenkel缺陷的平衡数目为：,其中：nfn1n2 ，ufu1u2 ：形成一个Frenkel缺陷所需的能量。,由于u1 10-3 (cm)-1 的材料,快离子导体：如 AgI 在146 C时 1 (cm)-1,NaAl2O3 在300 C时 1 (cm)-1,RbCu4Cl3I2 在25 C时 0.44 (cm)-1,固体电解质：如 YSZ (yttria stabilized zirconia) 在1000 C 时 10-1 (cm)-1,返回,