晶體點(diǎn)缺陷基礎(chǔ)

前言

物質(zhì)的性能是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)所決定的，材料的所有物理和化學(xué)性質(zhì)都取決于其精確結(jié)構(gòu)與顯微組織，所以，材料的性質(zhì)必然與其缺陷結(jié)構(gòu)及缺陷濃度相關(guān)。在高于0K時(shí)，任何物質(zhì)內(nèi)部的原子都存在著熱運(yùn)動(dòng)，這種熱運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致原子對(duì)其平衡位置的偏離。此外，由于制備條件和環(huán)境因素等方面的影響，材料中總會(huì)含有一定量的雜質(zhì)，盡管有時(shí)是很微量的，但總會(huì)受到力的作用?？梢姡瑢?shí)際的晶體材料結(jié)構(gòu)中都會(huì)存在各種偏離理想晶體點(diǎn)陣的現(xiàn)象，這就是晶體中的缺陷，包括從原子、電子水平的微觀缺陷（點(diǎn)缺陷）到顯微缺陷（線缺陷、面缺陷、體缺陷）。晶體材料的許多性質(zhì)，如光學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)、磁學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)等，都與固體的缺陷結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。各種功能材料，如半導(dǎo)體材料、光導(dǎo)材料、發(fā)光材料、熱電材料、熱敏材料等的物理性能都與固體中的點(diǎn)缺陷密切相關(guān)?？梢哉f，控制了材料的缺陷就可以控制材料的性質(zhì)，控制了固體中的點(diǎn)缺陷就可以控制功能材料的使用性能。因此，研究晶體中的點(diǎn)缺陷，掌握晶體點(diǎn)缺陷的基本知識(shí)，對(duì)于改進(jìn)晶體材料的性質(zhì)、提高晶體材料的性能、拓寬晶體材料的應(yīng)用和開發(fā)新型的功能材料，都具有深遠(yuǎn)的意義。如上所述，實(shí)際晶體中存在缺陷是不可避免的現(xiàn)象，其中，位錯(cuò)、晶界、表面等缺陷已被人們廣泛、深入而系統(tǒng)地研究，不但有大量的著作對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的論述，同時(shí)在很多的相關(guān)教材，如固體物理、金屬物理、材料科學(xué)基礎(chǔ)、固體理論、晶體缺陷等中也有相當(dāng)全面的介紹。而晶體中的原子空位、間隙原子和置換原子等所謂點(diǎn)缺陷是晶體缺陷中最為簡(jiǎn)單和最為基本的類型，但該類對(duì)物質(zhì)研究同樣具有重要作用的缺陷似乎還沒有得到同等程度的關(guān)注，其有關(guān)內(nèi)容顯得比較零散和缺乏足夠的總體性和系統(tǒng)性。有些專著雖然涉及這些內(nèi)容，但大都是用少量或部分的篇幅提及，其中或者分量很少，或者只是討論一些專門的問題。相關(guān)教材的情況也同樣如此。

內(nèi)容概要

晶體缺陷知識(shí)是固體科學(xué)的基本組成部分，是材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理等學(xué)科的基礎(chǔ)內(nèi)容之一，對(duì)物質(zhì)的制備、性能和應(yīng)用等研究均有基礎(chǔ)性的作用。本書較為全面而系統(tǒng)地介紹了有關(guān)晶體點(diǎn)缺陷的基本知識(shí)、基本研究方法、基本理論應(yīng)用及其相關(guān)的研究成果。全書共分10章：第1章對(duì)晶體學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的概述；第2章較為系統(tǒng)地介紹了不同晶體物質(zhì)的各種結(jié)構(gòu)類型；第3章簡(jiǎn)述了晶體中的各類缺陷，重點(diǎn)是晶體中存在的不同點(diǎn)缺陷；第4章是晶體點(diǎn)缺陷在物理方面的描寫，主要是點(diǎn)缺陷熱力學(xué)和缺陷平衡濃度的表征；第5章是晶體點(diǎn)缺陷在化學(xué)方面的描寫，主要是缺陷反應(yīng)和平衡反應(yīng)的處理；第6章和第7章分別敘述了固溶體中的點(diǎn)缺陷以及氧化物中的點(diǎn)缺陷；第8章和第9章則分別敘述了晶體發(fā)生擴(kuò)散時(shí)點(diǎn)缺陷的作用以及金屬氧化過程中的點(diǎn)缺陷行為；第10章集中介紹了關(guān)于晶體點(diǎn)缺陷的各種實(shí)驗(yàn)研究方法。    本書可以作為廣大涉及固體科學(xué)的科研人員和工程技術(shù)人員的參考書，同時(shí)也可以作為高等院校材料及相關(guān)專業(yè)，如物理、化學(xué)、機(jī)械、冶金、建筑等高年級(jí)本科生和研究生選用的專業(yè)課教材。

書籍目錄

前言第1章 晶體學(xué)基礎(chǔ)第2章 晶體的結(jié)構(gòu)第3章 晶體中的點(diǎn)缺陷第4章 晶體點(diǎn)缺陷物理第5章 點(diǎn)缺陷化學(xué)第6章 固溶體中的點(diǎn)缺陷第7章 氧化物中的點(diǎn)缺陷第8章 點(diǎn)缺陷與晶體擴(kuò)散第9章 點(diǎn)缺陷與金屬氧化第10章 點(diǎn)缺陷實(shí)驗(yàn)研究參考文獻(xiàn)附錄

章節(jié)摘錄

插圖：1.4非晶態(tài)與晶態(tài)之間的轉(zhuǎn)化給定組分的非晶體比相應(yīng)的晶體有更高的能量，即晶態(tài)取吉布斯自由能小的狀態(tài)，而非晶態(tài)的吉布斯自由能總是高于晶態(tài)。非晶態(tài)是一種亞穩(wěn)狀態(tài)，所以非晶態(tài)固體總有向晶態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)，即非晶態(tài)固體在一定溫度下會(huì)自發(fā)地結(jié)晶，轉(zhuǎn)化到穩(wěn)定性更高的晶體狀態(tài)。但當(dāng)溫度不夠高時(shí)，非晶態(tài)中的原子（離子）的運(yùn)動(dòng)幅度較小，加之晶化所需晶核的形成和生長都較困難，因此非晶態(tài)向晶態(tài)的轉(zhuǎn)化就不易發(fā)生。吉布斯自由能較高的非晶態(tài)轉(zhuǎn)化到吉布斯自由能較低的晶態(tài)，需克服一定的勢(shì)壘。轉(zhuǎn)變過程也可能分幾步進(jìn)行，中間經(jīng)過某些過渡的亞穩(wěn)態(tài)，而不是直接轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定性高的晶態(tài)。從非晶態(tài)向晶態(tài)的轉(zhuǎn)變帶有突變的特征，一般伴隨有幅度不大的體積變化，同時(shí)會(huì)釋放出相變的熱能（相變熱）。相對(duì)于處在能量最低的熱力學(xué)平衡態(tài)的結(jié)晶相而言，非晶態(tài)材料是處于亞穩(wěn)態(tài)的，但從動(dòng)力學(xué)上往往難以達(dá)到晶狀基態(tài)。實(shí)際上，非晶態(tài)一旦形成就能夠保持很長時(shí)間。例如，碳原子結(jié)合的最低能量形態(tài)是石墨，通常溫度和壓力下石墨是穩(wěn)定的熱力學(xué)相，而金剛石則是亞穩(wěn)相。盡管如此，實(shí)際上金剛石能夠長期存在而不會(huì)轉(zhuǎn)化為石墨。晶態(tài)向非晶態(tài)的轉(zhuǎn)化，是基于外界作用而產(chǎn)生的。例如，材料表面的研磨和破碎過程中的機(jī)械能可以導(dǎo)致晶體材料的非晶化，沖擊波對(duì)于晶體材料的非晶化作用則更強(qiáng)。自然界中強(qiáng)烈的機(jī)械沖擊作用也可引起晶體非晶化的現(xiàn)象。在小塊隕石墜落造成的隕石坑里，在阿波羅飛船和登月自動(dòng)車帶回的月球巖石樣品中，均發(fā)現(xiàn)有非晶化的痕跡。這些都是機(jī)械能的作用使晶體晶格中形成大量缺陷，當(dāng)缺陷數(shù)量超過一定限度時(shí)晶體的長程有序性就會(huì)消失。

編輯推薦

《晶體點(diǎn)缺陷基礎(chǔ)》是由科學(xué)出版社出版的。

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