无机材料科学基础 陆佩文 课后答案

2-1 名词解释(a )弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷;(b )刃型位错和螺型位错 (c )类质同象与同质多晶

解:(a )当晶体热振动时,一些能量足够大的原子离开平衡位置而挤到晶格点的间隙中,形成间隙原子,而原来位置上形成空位,这种缺陷称为弗伦克尔缺陷。如果正常格点上原子,热起伏后获得能量离开平衡位置,跃迁到晶体的表面,在原正常格点上留下空位,这种缺陷称为肖特基缺陷。(b )滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错。位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错。(c )类质同象:物质结晶时,其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其它离子或原子所占有,共同组成均匀的、呈单一相的晶体,不引起键性和晶体结构变化的现象。同质多晶:同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。

2-6(1)在CaF 2晶体中,弗仑克尔缺陷形成能为2.8eV ,肖特基缺陷的生成能为5.5eV ,计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度?(k =1.38×10-23J/K )

(2)如果CaF 2晶体中,含有百万分之一的YF 3杂质,则在1600℃时,CaF 2晶体中时热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势?说明原因。

解:(1)弗仑克尔缺陷形成能为2.8eV ,小于肖特基缺陷形成能5.5eV ,所以CaF 2晶体中主要是弗仑克尔缺陷,肖特基缺陷可忽略不计。-----------1分

当T =25℃=298K 时,热缺陷浓度为:

242319298

1006.2)2981038.1210602.18.2exp()2exp(---⨯=⨯⨯⨯⨯⨯-=∆-=⎪⎭⎫ ⎝⎛kT G N n f ----2分 当T =1600℃=1873K 时,热缺陷浓度为:

423191873

107.1)18731038.1210602.18.2exp()2exp(---⨯=⨯⨯⨯⨯⨯-=∆-=⎪⎭⎫ ⎝⎛kT G N n f -----2分 (2)CaF 2中含百万分之一(10-

6)的YF 3时的杂质缺陷反应为: Ca

F Ca CaF V F Y YF ''++−−→−∙62223 由此可知:[YF3]=2[Ca V ''],所以当加入10-

6YF3时,杂质缺陷的浓度为: 73105][2

1][-⨯==''YF V Ca 杂--------------------1分 此时,在1600℃下的热缺陷计算为:

Ca

i Ca V Ca Ca ''+→∙∙ x x +5×10-

7 则:8241089.2)107.1()exp(][]][[--∙∙⨯=⨯=∆-==''kT

G k Ca V Ca f Ca Ca i 即:871089.21

)105(--⨯=⨯+x x ,x ≈8.1×10-4 热缺陷浓度: 4101.8][-⨯=≈''x V Ca 热------------------1分

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