固体中的缺陷 点缺陷

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简介

在晶体固体中，在某一点或某个原子周围观察到的任何不规则或畸变称为点缺陷。当结晶以非常快或中等速度发生时，就会出现缺陷。因此，粒子或原子没有足够的时间以规则的模式排列自身。点缺陷进一步分为三类，它们是——化学计量缺陷 (st.)、杂质缺陷和非化学计量缺陷。在化学计量缺陷中，阳离子（正电荷）和阴离子（负电荷）的比例保持不变。当外部（外来）原子占据晶格中的空间时，就会发生杂质缺陷。非化学计量缺陷

什么是固体中的点缺陷？

当固体（晶体）中一个或多个原子离开其晶格位置，或外来原子占据其原始位置，或在固体晶体中占据间隙位置时，就会发生点缺陷 (p.d)。

固体晶体中点缺陷的原因

点缺陷的一些主要原因如下：

• 晶体固体的大小和形状的不规则性。

• 高能 (e) 辐射（如 X 射线）照射或撞击固体表面。

• 从非常高的温度快速或连续冷却。

固体中点缺陷的类型

点缺陷进一步分为三类，分别是

• 化学计量缺陷

• 杂质缺陷

• 非化学计量缺陷。

DaniFeri，晶体结构中的点缺陷，CC BY-SA 3.0

什么是化学计量缺陷

化学计量缺陷是一种不干扰（影响）固体化学计量的点缺陷。这也被称为内在缺陷，其中阳离子 (+ve) 与阴离子 (-ve) 的比率 (/) 保持不变。这种类型的缺陷是由于固体 (s) 系统中原子或离子的规则 (一般) 模式发生偏差而引起的。化学计量缺陷有两种类型：空位缺陷和间隙缺陷。

化学计量缺陷的类型

化学计量缺陷主要有两种类型：

• 空位缺陷——此处，原子未在其晶格位置找到，导致晶格位置空缺或为空，从而产生空位缺陷。

• 间隙缺陷——此处，原子 (a) 或分子占据晶体中的分子间空间或位置。

什么是弗兰克尔缺陷？

弗兰克尔缺陷是存在于晶体固体中的点缺陷的一种形式或类型。当原子 (a) 或任何较小的离子（阳离子）离开其在晶格中的原始位置，并在那里产生空位（空白空间），并通过定位在附近的位置而成为间隙时，就会发生这种缺陷。

Naclfrenkeldefect.svg：Gabriel Rosser，牛津大学 Gabs / 派生作品：Sponk，AgCl 弗兰克尔缺陷，CC BY-SA 3.0

什么是肖特基缺陷？

肖特基缺陷也是一种点缺陷，其发生是由于晶格中占据激发的位点。当带相反电荷的离子离开其晶格位置，例如到达晶格表面，从而产生带相反电荷的空位时，就会形成这种类型的缺陷。

VladVD，NaCl - 肖特基缺陷，CC BY-SA 3.0

什么是杂质缺陷？

杂质缺陷定义为缺陷，即取代构成该特定固体的一些原子 (a) 或挤入间隙的外来原子。杂质缺陷改变了原始晶体固体的性质（行为）。这种类型的缺陷在半导体的形成中很有用。

什么是非化学计量缺陷？

如果由于固体晶体中的缺陷，阳离子 (+ve) 与阴离子 (-ve) 的比率 (/) 变得与理想化学式所示的不同，则此类缺陷称为非化学计量缺陷。

非化学计量缺陷的形式

• 由于阴离子 (-ve) 空位导致的金属 (m) 过剩缺陷——如果晶格位点缺少阴离子 (-ve)，则化合物可能含有过量的金属离子，留下一个带正电的空穴。

• 由于间隙阳离子 (+ve) 导致的金属 (m) 过剩缺陷——如果间隙位点存在额外的正 (+ve) 离子，则化合物可能含有过量的金属离子。

• 由于阳离子空位导致的金属 (m) 缺乏——在这种类型的缺陷中，阳离子 (+ve) 从其晶格位置缺失（不存在）。

• 由于间隙位置的额外阴离子 (-ve) 导致的金属 (m) 缺乏——在这种类型的缺陷中，阴离子 (-ve) 存在于间隙位置。

点缺陷的应用

• 点缺陷能够影响材料的电 (e) 和磁 (m) 特性。

• 点缺陷还可以影响材料的腐蚀速率。

间隙缺陷的应用

• 这种类型的缺陷存在于多种材料中，如合金、绝缘体和半导体。

• 这种缺陷会增加腐蚀的敏感性。

变形缺陷的应用

• 这种缺陷会导致材料变形（断裂）或改变其形状或尺寸。

• 这种缺陷会导致晶格强度降低或功能降低。

取代缺陷的应用

• 这种缺陷用于了解材料如何机械失效。

• 它也用于了解材料的腐蚀速率。

肖特基缺陷和弗兰克尔缺陷的区别

弗兰克尔缺陷	肖特基缺陷
在这种类型的缺陷中，晶格的密度 (d) 保持不变。	在这种类型的缺陷中，晶格的密度 (d) 降低。
晶格的质量 (m) 也保持恒定。	晶格的质量 (m) 减少或降低。
原子 (a) 或离子离开其位置，但仍然存在于晶格中。	原子 (a) 或离子完全离开晶格。

结论

在晶体固体中，当固体 (s) 的理想 (正确) 排列在某一点或原子周围发生扭曲 (损坏) 时，则称为点缺陷。点缺陷进一步分为三种缺陷，它们是——化学计量缺陷 (st.)、弗兰克尔缺陷 (f.d) 和肖特基缺陷。晶体缺陷有几个原因。例如晶体（固体）的变形、从高温 (t) 连续或快速冷却 (cool)，或高能 (e) 辐射照射晶体或固体。

常见问题

1.什么是晶体固体？

晶体固体是一种固体，其中组成粒子以高度有序的方式排列在晶格的所有方向上。

2.什么是外来原子？

外来原子是与晶体混合的外部原子，并且与晶体的组成原子不同。

3.给出一些弗兰克尔缺陷的例子。

ZnS、AgBr、AgCl 和 AgI 是弗兰克尔缺陷的一些例子。

4.命名化学计量缺陷的类型。

• 空位缺陷

• 间隙缺陷

5.在那种类型的缺陷中，晶格的质量会降低？

在肖特基缺陷中，晶格的质量会降低。