晶體點缺陷基礎(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，任何物質(zhì)內(nèi)部的原子都存在著熱運動，這種熱運動會導(dǎo)致原子對其平衡位置的偏離。此外，由于制備條件和環(huán)境因素等方面的影響，材料中總會含有一定量的雜質(zhì)，盡管有時是很微量的，但總會受到力的作用?？梢?，實際的晶體材料結(jié)構(gòu)中都會存在各種偏離理想晶體點陣的現(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，研究晶體中的點缺陷，掌握晶體點缺陷的基本知識，對于改進晶體材料的性質(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，都具有深遠的意義。如上所述，實際晶體中存在缺陷是不可避免的現(xiàn)象，其中，位錯、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其進行了詳細的論述，同時在很多的相關(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缺陷是晶體缺陷中最為簡單和最為基本的類型，但該類對物質(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)晶體點缺陷的基本知識、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章對晶體學(xué)的基礎(chǔ)知識進行了簡要的概述；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章簡述了晶體中的各類缺陷，重點是晶體中存在的不同點缺陷；第4章是晶體點缺陷在物理方面的描寫，主要是點缺陷熱力學(xué)和缺陷平衡濃度的表征；第5章是晶體點缺陷在化學(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缺陷以及氧化物中的點缺陷；第8章和第9章則分別敘述了晶體發(fā)生擴散時點缺陷的作用以及金屬氧化過程中的點缺陷行為；第10章集中介紹了關(guān)于晶體點缺陷的各種實驗研究方法。    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)、機械、冶金、建筑等高年級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 晶體中的點缺陷第4章 晶體點缺陷物理第5章 點缺陷化學(xué)第6章 固溶體中的點缺陷第7章 氧化物中的點缺陷第8章 點缺陷與晶體擴散第9章 點缺陷與金屬氧化第10章 點缺陷實驗研究參考文獻附錄

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，即非晶態(tài)固體在一定溫度下會自發(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，非晶態(tài)中的原子（離子）的運動幅度較小，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)，需克服一定的勢壘。轉(zhuǎn)變過程也可能分幾步進行，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，同時會釋放出相變的熱能（相變熱）。相對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，但從動力學(xué)上往往難以達到晶狀基態(tài)。實際上，非晶態(tài)一旦形成就能夠保持很長時間。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，實際上金剛石能夠長期存在而不會轉(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械能可以導(dǎo)致晶體材料的非晶化，沖擊波對于晶體材料的非晶化作用則更強。自然界中強烈的機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)量超過一定限度時晶體的長程有序性就會消失。

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《晶體點缺陷基礎(chǔ)》是由科學(xué)出版社出版的。

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