晶體
| A+醫(yī)學(xué)百科 >> 晶體 |
晶體（crystal)即是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間呈周期性重復(fù)排列的固體。
晶體有三個(gè)特征：
(1)晶體有整齊規(guī)則的幾何外形；
(2)晶體有固定的熔點(diǎn)，在熔化過(guò)程中，溫度始終保持不變；
(3)晶體有各向異性的特點(diǎn)。
固態(tài)物質(zhì)有晶體與非晶態(tài)物質(zhì)(無(wú)定形固體)之分，而無(wú)定形固體不具有上述特點(diǎn)。
晶體是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間成周期性重復(fù)排列的固體，具有長(zhǎng)程有序，并成周期性重復(fù)排列。
非晶體是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間不成周期性重復(fù)排列的固體，具有近程有序，但不具有長(zhǎng)程有序。如玻璃。外形為無(wú)規(guī)則形狀的固體。
晶體的共性
1、長(zhǎng)程有序：晶體內(nèi)部原子在至少在微米級(jí)范圍內(nèi)的規(guī)則排列。
2、均勻性：晶體內(nèi)部各個(gè)部分的宏觀性質(zhì)是相同的。
3、各向異性：晶體中不同的方向上具有不同的物理性質(zhì)。
4、對(duì)稱性：晶體的理想外形和晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)都具有特定的對(duì)稱性。
5、自限性：晶體具有自發(fā)地形成封閉幾何多面體的特性。
6、解理性：晶體具有沿某些確定方位的晶面劈裂的性質(zhì)。
7、最小內(nèi)能：成型晶體內(nèi)能最小。
8、晶面角守恒：屬于同種晶體的兩個(gè)對(duì)應(yīng)晶面之間的夾角恒定不變。
組成晶體的結(jié)構(gòu)微粒(分子、原子、離子)在空間有規(guī)則地排列在一定的點(diǎn)上，這些點(diǎn)群有一定的幾何形狀，叫做晶格。排有結(jié)構(gòu)粒子的那些點(diǎn)叫做晶格的結(jié)點(diǎn)。金剛石、石墨、食鹽的晶體模型，實(shí)際上是它們的晶格模型。
晶體按其結(jié)構(gòu)粒子和作用力的不同可分為四類：離子晶體、原子晶體、分子晶體和金屬晶體。 固體可分為晶體、非晶體和準(zhǔn)晶體三大類。
具有整齊規(guī)則的幾何外形、固定熔點(diǎn)和各向異性的固態(tài)物質(zhì)，是物質(zhì)存在的一種基本形式。固態(tài)物質(zhì)是否為晶體，一般可由X射線衍射法予以鑒定。
晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的質(zhì)點(diǎn)(原子、離子、分子)有規(guī)則地在三維空間呈周期性重復(fù)排列，組成一定形式的晶格，外形上表現(xiàn)為一定形狀的幾何多面體。組成某種幾何多面體的平面稱為晶面，由于生長(zhǎng)的條件不同，晶體在外形上可能有些歪斜，但同種晶體晶面間夾角(晶面角)是一定的，稱為晶面角不變?cè)怼?/p>
晶體按其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為七大晶系和14種晶格類型。晶體都有一定的對(duì)稱性，有32種對(duì)稱元素系，對(duì)應(yīng)的對(duì)稱動(dòng)作群稱做晶體系點(diǎn)群。按照內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間作用力性質(zhì)不同，晶體可分為離子晶體、原子晶體、分子晶體、金屬晶體等四大典型晶體，如食鹽、金剛石、干冰和各種金屬等。同一晶體也有單晶和多晶(或粉晶)的區(qū)別。在實(shí)際中還存在混合型晶體。
說(shuō)到晶體，還得從結(jié)晶談起。大家知道，所有物質(zhì)都是由原子或分子構(gòu)成的。眾所周知，物質(zhì)有三種聚集形態(tài)：氣體、液體和固體。但是，你知道根據(jù)其內(nèi)部構(gòu)造特點(diǎn)，固體又可分為幾類嗎？研究表明，固體可分為晶體、非晶體和準(zhǔn)晶體三大類。
晶體通常呈現(xiàn)規(guī)則的幾何形狀，就像有人特意加工出來(lái)的一樣。其內(nèi)部原子的排列十分規(guī)整嚴(yán)格，比士兵的方陣還要整齊得多。如果把晶體中任意一個(gè)原子沿某一方向平移一定距離，必能找到一個(gè)同樣的原子。而玻璃、珍珠、瀝青、塑料等非晶體，內(nèi)部原子的排列則是雜亂無(wú)章的。準(zhǔn)晶體是最近發(fā)現(xiàn)的一類新物質(zhì)，其內(nèi)部排列既不同于晶體，也不同于非晶體。
究竟什么樣的物質(zhì)才能算作晶體呢？首先，除液晶外，晶體一般是固體形態(tài) 。其次，組成物質(zhì)的原子、分子或離子具有規(guī)律、周期性的排列，這樣的物質(zhì)就是晶體。
但僅從外觀上，用肉眼很難區(qū)分晶體、非晶體與準(zhǔn)晶體。那么，如何才能快速鑒定出它們呢？一種最常用的技術(shù)是X光技術(shù)。用X光對(duì)固體進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，你很快就會(huì)發(fā)現(xiàn)，晶體和非晶體、準(zhǔn)晶體是截然不同的三類固體。
為了描述晶體的結(jié)構(gòu)，我們把構(gòu)成晶體的原子當(dāng)成一個(gè)點(diǎn)，再用假想的線段將這些代表原子的各點(diǎn)連接起來(lái)，就繪成了像圖中所表示的格架式空間結(jié)構(gòu)。這種用來(lái)描述原子在晶體中排列的幾何空間格架，稱為晶格。由于晶體中原子的排列是有規(guī)律的，可以從晶格中拿出一個(gè)完全能夠表達(dá)晶格結(jié)構(gòu)的最小單元，這個(gè)最小單元就叫作晶胞。許多取向相同的晶胞組成晶粒，由取向不同的晶粒組成的物體，叫做多晶體，而單晶體內(nèi)所有的晶胞取向完全一致，常見(jiàn)的單晶如單晶硅、單晶石英。大家最常見(jiàn)到的一般是多晶體。
由于物質(zhì)內(nèi)部原子排列的明顯差異，導(dǎo)致了晶體與非晶體物理化學(xué)性質(zhì)的巨大差異。例如，晶體有固定的熔點(diǎn)，當(dāng)溫度高到某一溫度便立即熔化；而玻璃及其它非晶體則沒(méi)有固定的熔點(diǎn)，從軟化到熔化是一個(gè)較大的溫度范圍。
我們吃的鹽是氯化鈉的結(jié)晶，味精是谷氨酸鈉的結(jié)晶，冬天窗戶玻璃上的冰花和天上飄下的雪花，是水的結(jié)晶。我們可以這樣說(shuō)：“熠熠閃光的不一定是晶體，樸實(shí)無(wú)華、不能閃光的未必就不是晶體”。不是嗎？每家廚房中常見(jiàn)的砂糖、堿是晶體，每個(gè)人身上的牙齒、骨骼是晶體，工業(yè)中的礦物巖石是晶體，日常見(jiàn)到的各種金屬及合金制品也屬晶體，就連地上的泥土砂石都是晶體。我們身邊的固體物質(zhì)中，除了常被我們誤以為是晶體的玻璃、松香、琥珀、珍珠等之外，幾乎都是晶體。晶體離我們并不遙遠(yuǎn)，它就在我們的日常生活中。
組成晶體的結(jié)構(gòu)粒子（分子、原子、離子）在三維空間有規(guī)則地排列在一定的點(diǎn)上，這些點(diǎn)周期性地構(gòu)成有一定幾何形狀的無(wú)限格子，叫做晶格。按照晶體的現(xiàn)代點(diǎn)陣?yán)碚?，?gòu)成晶體結(jié)構(gòu)的原子、分子或離子都能抽象為幾何學(xué)上的點(diǎn)。這些沒(méi)有大小、沒(méi)有質(zhì)量、不可分辨的點(diǎn)在空間排布形成的圖形叫做點(diǎn)陣，以此表示晶體中結(jié)構(gòu)粒子的排布規(guī)律。構(gòu)成點(diǎn)陣的點(diǎn)叫做陣點(diǎn)，陣點(diǎn)代表的化學(xué)內(nèi)容叫做結(jié)構(gòu)基元。因此，晶格也可以看成點(diǎn)陣上的點(diǎn)所構(gòu)成的點(diǎn)群集合。對(duì)于一個(gè)確定的空間點(diǎn)陣，可以按選擇的向量將它劃分成很多平行六面體，每個(gè)行六面體叫一個(gè)單位，并以對(duì)稱性高、體積小、含點(diǎn)陣點(diǎn)少的單位為其正當(dāng)格子。晶格就是由這些格子周期性地?zé)o限延伸而成的?？臻g正當(dāng)格子只有7種形狀（對(duì)應(yīng)于7個(gè)晶系），14種型式它們是簡(jiǎn)單立方、體心立方、面心立方；簡(jiǎn)單三方；簡(jiǎn)單六方；簡(jiǎn)單四方、體心四方；簡(jiǎn)單正交、底心正交、體心正交、面心正交；簡(jiǎn)單單斜、底心單斜；簡(jiǎn)單三斜格子等。晶格的強(qiáng)度由晶格能（或稱點(diǎn)）。。
類別 實(shí)例
1立方晶系 鉆石 明礬 金 鐵 鉛
2正方晶系 錫 金紅石 白鎢石
3斜方晶系 硫 碘 硝酸銀
6三方（菱形）晶系 砷 水晶 冰 石墨
7六方晶系 鎂 鋅 鈹 鎘 鈣
目錄 |
晶體的基本性質(zhì)
1、自限性：晶體具有自發(fā)形成幾何多面體形態(tài)的性質(zhì)，這種性質(zhì)成為自限性。
2、均一性和異向性：因?yàn)榫w是具有格子構(gòu)造的固體，同一晶體的各個(gè)部分質(zhì)點(diǎn)分布是相同的，所以同一晶體的各個(gè)部分的性質(zhì)是相同的，此即晶體的均一性；同一晶體格子中，在不同的方向上質(zhì)點(diǎn)的排列一般是不相同的，晶體的性質(zhì)也隨方向的不同而有所差異，此即晶體的異向性。
3、最小內(nèi)能與穩(wěn)定性：晶體與同種物質(zhì)的非晶體、液體、氣體比較，具有最小內(nèi)能。晶體是具有格子構(gòu)造的固體，其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)作規(guī)律排列。這種規(guī)律排列的質(zhì)點(diǎn)是質(zhì)點(diǎn)間的引力與斥力達(dá)到平衡，使晶體的各個(gè)部分處于位能最低的結(jié)果。
結(jié)晶
結(jié)晶分兩種，一種是降溫結(jié)晶，另一種是蒸發(fā)結(jié)晶。
降溫結(jié)晶：首先加熱溶液，蒸發(fā)溶劑成飽和溶液，此時(shí)降低熱飽和溶液的溫度，溶解度隨溫度變化較大的溶質(zhì)就會(huì)呈晶體析出，叫降溫結(jié)晶。
蒸發(fā)結(jié)晶：蒸發(fā)溶劑，使溶液由不飽和變?yōu)?a href="/w/%E9%A5%B1%E5%92%8C" title="飽和">飽和，繼續(xù)蒸發(fā)，過(guò)剩的溶質(zhì)就會(huì)呈晶體析出，叫蒸發(fā)結(jié)晶。
常見(jiàn)的晶體有萘，海波，冰，各種金屬。
晶體對(duì)稱性
晶體的對(duì)稱表現(xiàn)在晶體中相等的晶面，晶棱和角頂有規(guī)律的重復(fù)出現(xiàn)。這是由于它具有規(guī)律的格子構(gòu)造。是其在三維空間周期性重復(fù)的體現(xiàn)。既晶體的對(duì)稱性不僅表現(xiàn)在外部形態(tài)上，而且其內(nèi)部構(gòu)造也同樣也是對(duì)稱的。
在晶體的外形以及其他宏觀表現(xiàn)中還反映了晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性。晶體的理想外形或其結(jié)構(gòu)都是對(duì)稱圖象。這類圖象都能經(jīng)過(guò)不改變其中任何兩點(diǎn)間距離的操作後復(fù)原。這樣的操作稱為對(duì)稱操作,平移、旋轉(zhuǎn)、反映和倒反都是對(duì)稱操作。能使一個(gè)圖象復(fù)原的全部不等同操作，形成一個(gè)對(duì)稱操作群。
在晶體結(jié)構(gòu)中空間點(diǎn)陣所代表的是與平移有關(guān)的對(duì)稱性，此外，還可以含有與旋轉(zhuǎn)、反映和倒反有關(guān)并能在宏觀上反映出來(lái)的對(duì)稱性，稱為宏觀對(duì)稱性，它在晶體結(jié)構(gòu)中必須與空間點(diǎn)陣共存，并互相制約。制約的結(jié)果有二:
①晶體結(jié)構(gòu)中只能存在1、2、3、4和6次對(duì)稱軸，
②空間點(diǎn)陣只能有 14種形式。n次對(duì)稱軸的基本旋轉(zhuǎn)操作為旋轉(zhuǎn)360°/n，因此，晶體能在外形和宏觀中反映出來(lái)的軸對(duì)稱性也只限于這些軸次。
由于原子并不處于靜止?fàn)顟B(tài)，存在著外來(lái)原子引起的點(diǎn)陣畸變以及一定的缺陷，基本結(jié)構(gòu)雖然仍符合上述規(guī)則性，但絕不是如設(shè)想的那樣完整無(wú)缺，存在數(shù)目不同的各種形式的晶體缺陷。另外還必須指出，絕大多數(shù)工業(yè)用的金屬材料不是只由一個(gè)巨大的單晶所構(gòu)成,而是由大量小塊晶體組成,即多晶體。在整塊材料內(nèi)部，每個(gè)小晶體（或稱晶粒）整個(gè)由三維空間界面與它的近鄰隔開(kāi)。這種界面稱晶粒間界，簡(jiǎn)稱晶界。晶界厚度約為兩三個(gè)原子。
晶體缺陷
在二十世紀(jì)初葉，人們?yōu)榱颂接懳镔|(zhì)的變化和性質(zhì)產(chǎn)生的原因，紛紛從微觀角度來(lái)研究晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，特別是X射線衍射的出現(xiàn)，揭示出晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列的規(guī)律性，認(rèn)為內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間呈有序的無(wú)限周期重復(fù)性排列，即所謂空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)。
前面講到的都是理想的晶體結(jié)構(gòu)，實(shí)際上這種理想的晶體結(jié)構(gòu)在真實(shí)的晶體中是不存在的，事實(shí)上，無(wú)論是自然界中存在的天然晶體，還是在實(shí)驗(yàn)室（或工廠中）培養(yǎng)的人工晶體或是陶瓷和其它硅酸鹽制品中的晶相，都總是或多或少存在某些缺陷，因?yàn)椋菏紫染w在生長(zhǎng)過(guò)程中，總是不可避免地受到外界環(huán)境中各種復(fù)雜因素不同程度影響，不可能按理想發(fā)育，即質(zhì)點(diǎn)排列不嚴(yán)格服從空間格子規(guī)律，可能存在空位、間隙離子、位錯(cuò)、鑲嵌結(jié)構(gòu)等缺陷，外形可能不規(guī)則。另外，晶體形成后，還會(huì)受到外界各種因素作用如溫度、溶解、擠壓、扭曲等等。
晶體缺陷：各種偏離晶體結(jié)構(gòu)中質(zhì)點(diǎn)周期重復(fù)排列的因素，嚴(yán)格說(shuō)，造成晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)周期勢(shì)場(chǎng)畸變的一切因素。
如晶體中進(jìn)入了一些雜質(zhì)。這些雜質(zhì)也會(huì)占據(jù)一定的位置，這樣破壞了原質(zhì)點(diǎn)排列的周期性，在二十世紀(jì)中期，發(fā)現(xiàn)晶體中缺陷的存在，它嚴(yán)重影響晶體性質(zhì)，有些是決定性的，如半導(dǎo)體導(dǎo)電性質(zhì)，幾乎完全是由外來(lái)雜質(zhì)原子和缺陷存在決定的，許多離子晶體的顏色、發(fā)光等。另外，固體的強(qiáng)度，陶瓷、耐火材料的燒結(jié)和固相反應(yīng)等等均與缺陷有關(guān)，晶體缺陷是近三、四年國(guó)內(nèi)外科學(xué)研究十分注意的一個(gè)內(nèi)容。
根據(jù)缺陷的作用范圍把真實(shí)晶體缺陷分類：
點(diǎn)缺陷：在三維尺寸均很小，只在某些位置發(fā)生，只影響鄰近幾個(gè)原子。
線缺陷：在二維尺寸小，在另一維尺寸大，可被電鏡觀察到。
面缺陷：在一維尺寸小，在另二維尺寸大，可被光學(xué)顯微鏡觀察到。
體缺陷：在三維尺寸較大，如鑲嵌塊，沉淀相，空洞，氣泡等。
一、幾點(diǎn)缺陷
按形成的原因不同分類：
1 熱缺陷（晶格位置缺陷）
在晶體點(diǎn)陣的正常格點(diǎn)位出現(xiàn)空位，不該有質(zhì)點(diǎn)的位置出現(xiàn)了質(zhì)點(diǎn)（間隙質(zhì)點(diǎn)）。
2 組成缺陷
外來(lái)質(zhì)點(diǎn)（雜質(zhì)）取代正常質(zhì)點(diǎn)位置或進(jìn)入正常結(jié)點(diǎn)的間隙位置。
3 電荷缺陷
晶體中某些質(zhì)點(diǎn)個(gè)別電子處于激發(fā)狀態(tài)，有的離開(kāi)原來(lái)質(zhì)點(diǎn)，形成自由電子，在原來(lái)電子軌道上留下了電子空穴。
1. 缺陷符號(hào)及缺陷反應(yīng)方程式
缺陷符號(hào) 以二元化合物MX為例
1） 晶格空位：正常結(jié)點(diǎn)位沒(méi)有質(zhì)點(diǎn)，VM，VX
2） 間隙離子：除正常結(jié)點(diǎn)位置外的位置出現(xiàn)了質(zhì)點(diǎn)，Mi ，Xx
3） 錯(cuò)位離子：M排列在X位置，或X排列在M位置上，若處在正常結(jié)點(diǎn)位置上，則MM，XX
4） 取代離子：外來(lái)雜質(zhì)L進(jìn)入晶體中，若取代M，則LM，若取代X，則LX，若占據(jù)間隙位，則Li。
5） 自由電子 e’（代表存在一個(gè)負(fù)電荷），，表示有效電荷。
6） 電子空穴 h?(代表存在一個(gè)正電荷)，?表示有效正電荷
如：
從NaCl晶體中取走一個(gè)Na+，留下一個(gè)空位 造成電價(jià)不平衡，多出負(fù)一價(jià) 。相當(dāng)于取走Na原子加一個(gè)負(fù)有效負(fù)電荷，e失去→自由電子，剩下位置為電子空穴h?
7） 復(fù)合缺陷
同時(shí)出現(xiàn)正負(fù)離子空位時(shí)，形成復(fù)合缺陷，雙空位。
VM+VX→（VM- VX）
缺陷反應(yīng)方程式
必須遵守三個(gè)原則
1） 位置平衡——反應(yīng)前后位置數(shù)不變（相對(duì)物質(zhì)位置而言）
2） 質(zhì)點(diǎn)平衡——反應(yīng)前后質(zhì)量不變（相對(duì)加入物質(zhì)而言）
3） 電價(jià)平衡——反應(yīng)前后呈電中性
例：將CaCl2引入KCl中：
將CaO引入ZrO2中
注意：只從缺陷反應(yīng)方程看，只要符合三個(gè)衡就是對(duì)的，但實(shí)際上往往只有一種是對(duì)的，這要知道其它條件才能確定哪個(gè)缺陷反應(yīng)是正確的。
確定（1）式密度增加，要根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)和計(jì)算。
2. 熱缺陷（晶格位置缺陷)
只要晶體的溫度高于絕對(duì)零度，原子就要吸收熱能而運(yùn)動(dòng)，但由于固體質(zhì)點(diǎn)是牢固結(jié)合在一起的，或者說(shuō)晶體中每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)必然受到周圍質(zhì)點(diǎn)結(jié)合力的限制而只能以質(zhì)點(diǎn)的平衡位置為中心作微小運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)的幅度隨溫度升高而增大，溫度越高，平均熱能越大，而相應(yīng)一定溫度的熱能是指原子的平均動(dòng)能，當(dāng)某些質(zhì)點(diǎn)大于平均動(dòng)能就要離開(kāi)平衡位置，在原來(lái)的位置上留下一個(gè)空位而形成缺陷，實(shí)際上在任何溫度下總有少數(shù)質(zhì)點(diǎn)擺脫周圍離子的束縛而離開(kāi)原來(lái)的平衡位置，這種由于熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的點(diǎn)缺陷——熱缺陷。
熱缺陷兩種基本形式：
a-弗侖克爾缺陷,
b-肖特基缺陷
(1) 弗侖克爾缺陷
具有足夠大能量的原子（離子）離開(kāi)平衡位置后，擠入晶格間隙中，形成間隙原子離子），在原來(lái)位置上留下空位。
特點(diǎn)：空位與間隙粒子成對(duì)出現(xiàn)，數(shù)量相等，晶體體積不發(fā)生變化。
在晶體中弗侖克爾缺陷的數(shù)目多少與晶體結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系，格點(diǎn)位質(zhì)點(diǎn)要進(jìn)入間隙位，間隙必須要足夠大，如螢石（CaF2）型結(jié)構(gòu)的物質(zhì)空隙較大，易形成，而NaCl型結(jié)構(gòu)不易形成?？偟膩?lái)說(shuō)，離子晶體，共價(jià)晶體形成該缺陷困難。
(2) 肖特基缺陷
表面層原子獲得較大能量，離開(kāi)原來(lái)格點(diǎn)位跑到表面外新的格點(diǎn)位，原來(lái)位置形成空位這樣晶格深處的原子就依次填入，結(jié)果表面上的空位逐漸轉(zhuǎn)移到內(nèi)部去。
特點(diǎn)：體積增大，對(duì)離子晶體、正負(fù)離子空位成對(duì)出現(xiàn)，數(shù)量相等。結(jié)構(gòu)致密易形成肖特基缺陷。
晶體熱缺陷的存在對(duì)晶體性質(zhì)及一系列物理化學(xué)過(guò)程，導(dǎo)電、擴(kuò)散、固相反應(yīng)、燒結(jié)等產(chǎn)生重要影響，適當(dāng)提高溫度，可提高缺陷濃度，有利于擴(kuò)散，燒結(jié)作用，外加少量填加劑也可提高熱缺陷濃度，有些過(guò)程需要最大限度避免缺陷產(chǎn)生, 如單晶生產(chǎn)，要非?？炖鋮s。
3. 組成缺陷
主要是一種雜質(zhì)缺陷，在原晶體結(jié)構(gòu)中進(jìn)入了雜質(zhì)原子，它與固有原子性質(zhì)不同，破壞了原子排列的周期性，雜質(zhì)原子在晶體中占據(jù)兩種位置（1）填隙位（2）格點(diǎn)位
4. 電荷缺陷 (Charge defect)
從物理學(xué)中固體的能帶理論來(lái)看，非金屬固體具有價(jià)帶，禁帶和導(dǎo)帶，當(dāng)在OR時(shí)，導(dǎo)帶全部完善，價(jià)帶全部被電子填滿，由于熱能作用或其它能量傳遞過(guò)程 ，價(jià)帶中電子得到一能量Eg，而被激發(fā)入導(dǎo)帶，這時(shí)在導(dǎo)帶中存在一個(gè)電子，在價(jià)帶留一孔穴，孔穴也可以導(dǎo)電，這樣雖末破壞原子排列的周期性，在由于孔穴和電子分別帶有正負(fù)電荷，在它們附近形成一個(gè)附加電場(chǎng)，引起周期勢(shì)場(chǎng)畸變，造成晶體不完整性稱電荷缺陷。
例：純半導(dǎo)體禁帶較寬，價(jià)電帶電子很難越過(guò)禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶，導(dǎo)電率很低，為改善導(dǎo)電性，可采用摻加雜質(zhì)的辦法，如在半導(dǎo)體硅中摻入P和B，摻入一個(gè)P，則與周圍Si原子形成四對(duì)共價(jià)鍵，并導(dǎo)出一個(gè)電子，叫施主型雜質(zhì)，這個(gè)多余電子處于半束縛狀態(tài)，只須填加很少能量，就能躍遷到導(dǎo)帶中，它的能量狀態(tài)是在禁帶上部靠近導(dǎo)帶下部的一個(gè)附加能級(jí)上，叫施主能級(jí)，叫n型半導(dǎo)體。當(dāng)摻入一個(gè)B，少一個(gè)電子，不得不向其它Si原子奪取一個(gè)電子補(bǔ)充，這就在Si原子中造成空穴，叫受主型雜質(zhì)，這個(gè)空穴也僅增加一點(diǎn)能量就能把價(jià)帶中電子吸過(guò)來(lái)，它的能量狀態(tài)在禁帶下部靠近價(jià)帶頂部一個(gè)附加能級(jí)，叫受主能級(jí)，叫P型半導(dǎo)體，自由電子，空穴都是晶體一種缺
點(diǎn)缺陷在實(shí)踐中有重要意義：燒成燒結(jié)，固相反應(yīng)，擴(kuò)散，對(duì)半導(dǎo)體，電絕緣用陶瓷有重要意義，使晶體著色等?！ ?/p>
二、線缺陷
實(shí)際晶體在結(jié)晶時(shí)，受到雜質(zhì)，溫度變化或振動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力作用或晶體由于受到打擊，切割等機(jī)械應(yīng)力作用，使晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列變形，原子行列間相互滑移，不再符合理想晶體的有序排列，形成線狀缺陷。
位錯(cuò)直觀定義：晶體中已滑移面與未滑移面的邊界線。
這種線缺陷又稱位錯(cuò)，注意：位錯(cuò)不是一條幾何線，而是一個(gè)有一定寬度的管道，位錯(cuò)區(qū)域質(zhì)點(diǎn)排列嚴(yán)重畸變，有時(shí)造成晶體面網(wǎng)發(fā)生錯(cuò)動(dòng)。對(duì)晶體強(qiáng)度有很大影響。
位錯(cuò)主要有兩種：刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)。
1. 刃型位錯(cuò)
其形式可以設(shè)想為：在一完整晶體，沿BCEF晶面橫切一刀，從BC→AD，將ABCD面上半部分，作用以壓力δ，使之產(chǎn)生滑移，距離 （柏氏矢量晶格常數(shù)或數(shù)倍）滑移面BCEF，滑移區(qū)ABCD，未滑移區(qū)ADEF，AD為已滑移區(qū)交界線—位錯(cuò)線。
正面看簡(jiǎn)圖：如上圖
滑移上部多出半個(gè)原子面，就象刀刃一樣（劈木材）稱刃型位錯(cuò)。
特點(diǎn)：滑移方向與位錯(cuò)線垂直，符號(hào)⊥，有多余半片原子面。
2. 螺型位錯(cuò)
其形成可設(shè)想為：在一完整晶體，沿ABCD晶面橫切一刀，在ABCD面上部分沿X方向施一力δ，使其生產(chǎn)滑移 ，滑移區(qū)ABCD未滑移區(qū)ADEF，交界線AD（位錯(cuò)線）
特點(diǎn)：滑移方向與位錯(cuò)線平行，與位錯(cuò)線垂直的面不是平面，呈螺施狀，稱螺型位錯(cuò)。
刃型位錯(cuò)與螺型位錯(cuò)區(qū)別：
a-正常面網(wǎng),
b-刃型位錯(cuò),
c-螺型位錯(cuò)
主要從各自特點(diǎn)區(qū)別：
刃型：滑移方向與位錯(cuò)線垂直，多半個(gè)原子面，位錯(cuò)線可為曲線。
螺型：滑移方向與位錯(cuò)線平行，呈螺旋狀，位錯(cuò)線直線。
由于位錯(cuò)的存在對(duì)晶體的生長(zhǎng)，雜質(zhì)在晶體中的擴(kuò)散，晶體內(nèi)鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成及晶體的高溫蠕變性等一系列性質(zhì)和過(guò)程都有重要影響。
晶體位錯(cuò)的研究方法：通常用光學(xué)顯微鏡，X光衍射電子衍射和電子顯微鏡等技術(shù)進(jìn)行直接觀察和間接測(cè)定。
位錯(cuò)具有以下基本性質(zhì)：
(1)位錯(cuò)是晶體中原子排列的線缺陷，不是幾何意義的線，是有一定尺度的管道。
(2)形變滑移是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，并不是說(shuō)位錯(cuò)是由形變產(chǎn)生的，因?yàn)橐粔K生長(zhǎng)很完事的晶體中，本身就存在很多位錯(cuò)。
(3)位錯(cuò)線可以終止在晶體的表面（或多晶體的晶界上），但不能終止在一個(gè)完事的晶體內(nèi)部。
(4)在位錯(cuò)線附近有很大應(yīng)力集中，附近原子能量較高，易運(yùn)動(dòng)?！ ?/p>
三、面缺陷
涉及較大范圍（二維方向）、晶界、晶面、堆垛層錯(cuò)。
1. 晶面：由于晶體表面處的離子或原子具有不飽和鍵，有很大反應(yīng)活性，表面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不對(duì)稱性，使點(diǎn)陣受到很大彎曲變形，因而能量比內(nèi)部能量高，是一種缺陷。
2. 晶界：晶粒之間交界面，晶粒間取向不同出現(xiàn)晶粒間界，在晶粒界面上的排列是一種過(guò)渡狀態(tài)與兩晶粒都不相同。
1）小角度晶界（鑲嵌塊）
尺寸在10-6-10-8m的小晶塊，彼此間以幾秒到 的微?。?）角度傾斜相交，形成鑲嵌結(jié)構(gòu)，有人認(rèn)為是棱位錯(cuò)，由于晶粒以微小角度相交，可以認(rèn)為合并在一起，在晶界面是形成了一系列刃型位錯(cuò)。
2）大角度晶界，各晶面取向互不相同，交角較大，在多晶體中，晶體可能出現(xiàn)大角度晶界。在這種晶界中，頂點(diǎn)排列接近無(wú)序狀態(tài)，晶界處是缺陷位置，所以能量較高，可吸附外來(lái)質(zhì)點(diǎn)。晶界是原子或離子擴(kuò)散的快速通道，也是空位消除的地方，這種特殊作用對(duì)固相反應(yīng)，燒結(jié)起重要作用，對(duì)陶瓷、耐火材料等多晶材料性能如蠕變、強(qiáng)度等力學(xué)性能和極化、損耗等介電性能影響較大。
3. 堆垛層錯(cuò)
離子堆垛過(guò)程中發(fā)生了層次錯(cuò)動(dòng)，出現(xiàn)堆垛層錯(cuò)，如面心立方堆積形式為ABCABCA……→ABCACBABC中間的B層和C層發(fā)生了層次錯(cuò)動(dòng)，出現(xiàn)缺陷（一般了解）
非化學(xué)計(jì)量化合物
定義：化合物中各元素的原子數(shù)之比不是簡(jiǎn)單的整數(shù)而出現(xiàn)了分?jǐn)?shù)，如Fe1-xO,Cu2-xO,Co1-xO等?！ ?/p>
四、可偏離化合式的化合物
在基礎(chǔ)化學(xué)中學(xué)到的化合物的分子式都是符合定比定律的，即元素的原子數(shù)之比為簡(jiǎn)單整數(shù)比，如FeO，F(xiàn)e/O=1/1，TiO2, Ti/O=1/2等，現(xiàn)在認(rèn)為這種嚴(yán)格按化學(xué)計(jì)量形成的化合物是一種特殊情況，而普遍存在著所謂非化學(xué)計(jì)量化合物。
非化學(xué)計(jì)量化合物缺陷有四種類型：
(1) 陽(yáng)離子過(guò)剩，形成陰離子空位
TiO2，ZrO2會(huì)產(chǎn)生這種缺陷，分子式為T(mén)iO2-x, ZrO2-x,從化學(xué)計(jì)量觀念，正負(fù)離子比為1：2，由于揣氧不足，在晶體中存在氧空位，而變?yōu)榉腔瘜W(xué)計(jì)量化合物。從化學(xué)觀念看，缺氧TiO2可以看作是四價(jià)鈦和三價(jià)鈦氧化物的固體溶液，即Ti2O3在TiO2中的固溶體，或從電中性考慮，Ti由四價(jià)→三價(jià)，原因：Ti4+獲得一個(gè)電子→Ti3+，所獲得的電了是由于氧不足脫離. 正常TiO2晶格結(jié)點(diǎn)放出的，在電場(chǎng)作用下，這一電子可以一個(gè)鈦離子位置遷移到另一個(gè)鈦離子位置，并非固定在某一鈦離子上，從而形成電子電導(dǎo)，具有這種缺陷的材料稱n型半導(dǎo)體。這種非化學(xué)計(jì)量化合物缺陷方程可寫(xiě)成：例：在還原氣氛下TiO2→TiO2-x
也可看成部分O由晶格逸出變成氣體：
可見(jiàn)：這種非化學(xué)計(jì)量化合物的形成多是由變價(jià)正離子構(gòu)成的氧化物，由高價(jià)變?yōu)榈蛢r(jià)，形成負(fù)離子空位，還有ThO2，CeO2等，與氣氛有關(guān)。
(2) 陽(yáng)離子過(guò)剩，形成間隙陽(yáng)離子
如ZnO、CdO→Zn1+xo,Cd1+xO，過(guò)剩的金屬離子進(jìn)入間隙位，為保持電中性，等價(jià)電子被束縛在間隙位的金屬離子周圍。例：ZnO在鋅蒸氣中加熱，顏色逐漸加深變化。
(3) 負(fù)電子過(guò)剩，形成間隙負(fù)離子。
目前吸發(fā)現(xiàn)有UO2+X，可以看作U3O8在UO2中的固溶體，當(dāng)負(fù)離子過(guò)剩進(jìn)入間隙位置時(shí)，結(jié)構(gòu)中必須出現(xiàn)兩個(gè)電子空穴，以平衡整體電中性，相應(yīng)正離子電價(jià)升高，電子空穴在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，這種材料稱P型半導(dǎo)體。
(4) 負(fù)離子過(guò)剩形成正離子空位
由于存在正離子空位，為保持電中性，在正離子空位周圍捕獲電子空位，因此其也是P型半導(dǎo)體，如Cu2O、FeO即是。例：FeO在氧氣下形成這種缺陷，實(shí)際上是Fe2O3在FeO中形成的固溶體（高價(jià)取代低價(jià)），即2個(gè)Fe3+取代3個(gè)Fe2+，同時(shí)在晶格中形成個(gè)正離子空位，在氧氣條件下，氧氣進(jìn)入FeO晶格結(jié)構(gòu)中，變?yōu)檠蹼x子，必須從鐵離子獲得兩個(gè)電子，使Fe2+→Fe3+，并形成VFe。
可見(jiàn)，非化學(xué)計(jì)量化合物缺陷的形成主要受氣氛影響，也與溫度有關(guān)，嚴(yán)格說(shuō)，世界上所有化合物都是非化學(xué)計(jì)量的，只是程度不同而已?！ ?/p>
晶體熔沸點(diǎn)的比較
1.不同晶體類型的熔沸點(diǎn)高低規(guī)律
一般為：原子晶體>離子晶體>分子晶體。金屬晶體的熔沸點(diǎn)有的很高（如鎢），有的很低（如汞）?！ ?/p>
2.同種類型晶體的熔沸點(diǎn)高低規(guī)律
一下詳見(jiàn)本身詞條
（1）同屬金屬晶體
（2）同屬原子晶體
（3）同屬離子晶體
（4）同屬分子晶體
| 關(guān)于“晶體”的留言： |  訂閱討論RSS
|
|
目前暫無(wú)留言 | |
| 添加留言 | |