热缺陷
晶体中的原子的热运动而造成的缺陷
热缺陷是由于晶体中的原子(或离子)的热运动而造成的缺陷。从几何图形上看是一种点缺陷。热缺陷的数量与温度有关,温度愈高,造成缺陷的机会愈多。
热缺陷-分类
晶体中热缺陷有两种形态,一种是肖脱基(Schottky)缺陷,另一种是弗仑克尔(Frenkel)缺陷。
肖脱基缺陷
由于热运动,晶体中阳离子及阴离子脱离平衡位置,跑到晶体表面或晶界位置上,构成一层新的界面,而产生阳离子空位及阴离子空位,不过,这些阳离子空位与阴离子空位是符合晶体化学计量比的。如:MgO晶体中,形成Mg2+和O2-空位数相等。而在TiO2中,每形成一个Ti4+离子空位,就形成两个O2-离子空位。肖脱基缺陷实际产生过程是:由于靠近表面层的离子热运动到新的晶面后产生空位,然后,内部邻近的离子再进入这个空位,这样逐步进行而造成缺陷。
弗仑克尔缺陷
弗仑克尔缺陷形成过程为:一种离子脱离平衡位置挤入晶体的间隙位置中去,形成所谓间隙(或称填隙)离子,而原来位置形成了阳离子或阴离子空位。这种缺陷的特点是间隙离子和空位是成对出现的。弗仑克尔缺陷除与温度有关外,与晶体本身结构也有很大关系,若晶体中间隙位置较大,则易形成弗仑克尔缺陷。如AgBr比NaCl易形成这种缺陷。
浓度计算
1、热力学方法计算热缺陷浓度
单质肖特基缺陷的平衡浓度,N>>n
n/N=exp(-△Gs/kT)
△Gs——形成一个肖特基缺陷时系统自由焓的变化
k——玻尔兹曼常数
MX型晶体肖特基缺陷平衡浓度,N>>n
n/N=exp(-△Gs/2kT)
弗伦克尔缺陷平衡浓度,N>>n
n/N=exp(-△Gf/2kT)
△Gf——形成一个弗伦克尔缺陷的自由焓变化
1、化学平衡方法计算热缺陷浓度
MX2型晶体肖特基缺陷浓度(以GaF2为例)
[Vca'']=[exp(-△G/3kT)]/[4^(3/2)]
R——气体常数
△G——形成1mol肖特基缺陷的自由焓变化
弗伦克尔缺陷浓度计算(以AgBr为例)
[Agi`]=[Vag']=exp(-△G/2kT)
△G——形成1mol弗伦克尔缺陷的自由焓变化
参考资料
最新修订时间:2023-07-08 21:49
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