第二章 晶体缺陷试题知识点

第二章晶体缺陷

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问题空位形成应该遵循物质守恒，即内部原子跑到表面上。空位形成整体是膨胀过程，但具体机制较复杂。一方面，缺少了原子会造成整体收缩；另一方面，跑到表面的原子使体1.如果测量产生积增加，综合效果是形成一个空位导致半个原子体积的增加。相关问题有：2.将点阵常数测量结果与晶体整体膨胀的事实做空位的晶体，其点阵常数是增大还是缩小？对比，能够发现什么与空位浓度相关的规律？提示：由简到繁是惯用的方法，故可以考虑一维晶体。增大答：①随着晶体整体膨胀的增加，空位浓度增加。②-P213 空位的测量——详见潘金生《材料科学基础》溶质原子尽管造成局部的排列偏离，但并不把它算为点缺陷，为什么？问题答：由对“置换原子”与“空位”的比较及“间隙溶质”与“自间隙原子”的比较可知，溶质原子的加入所产生的对于标准态的偏离比较小，因此不把它算为点缺陷。22()(b)图中黑原子半径比白的中的置换原子的尺寸画得有些随意。假定问题图黑色－5(c)5 ％，问那种情况下基体内的应变能更大些？为什么？％，而图中大小b ）图中应变能更大。答：

（

a周围白原子点阵常数变图中，）①（b）图中，周围白原大，呈现拉伸状态。（子点阵常数变小，呈现压缩状态。②由右结合能的图像可知，在平衡位r0左右，曲线并非对称。产生相同的形置变，压缩引起的应变能更大。(b)图中应变能更大。所以

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)MgO(OAlNaCl中，形成的非禀性点缺陷在正离子的位置，还是相问题溶入具有结构32反？AlOMgOAl+3Mg+2价，所以当两个铝离子答：离子是价，溶入晶体，由于，而离子是32取代两个镁离子的位置后，附近的一个镁离子必须空出，形成的非禀性点缺陷在正离子的位置。23(a)的画法有些问题。更好的画法是将图中的大小方块画在一起，即正负离问题图－(65) 。为什么成对的画法更好些？参见余永宁“材料科学基础”图子空位成对出现－

因为①正、负电中心成对出现的时候，可以抵消一点局部电中性的无法满足。答：②正、负电中心有相互吸引作用，离得越远，系统能量越高。因此，正负离子空位成对出现时，使系统自由能降低，是自发过程。

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ST??G??U?中的负号？如何理解问题Gibbs能减少，混乱度增加（即熵增加）在自然界中，物质的运动都趋于答：①，可见GS 的增加是两个相反的过程，因此应取负号。ΔΔ的增加与Gibbs自由能是指焓中能自由做功的那部分能量，而当熵增加时，混乱度增加，粒子②的运动形态越活跃，则焓中能自由做功的能量减少，因此取负号。?G??U?T?S?表示变化，而物理化学的变化一定涉及起始状态与终问题中的式了状态的概念。请具体指出这一小节中起始状态与终了状态的含义，即举例说明。注意，这个问题看似简单，但非常重要。n个空位的晶体”。在这一小节中的起始状态是“理想晶体”，而终了状态是“存在答：AlOMgO(NaCl)中，形成的非禀性点缺陷，起始状态是晶体理想结溶入例如，对具有结构32构，终了状态是铝离子取代镁离子后，有正离子空位产生，形成有点缺陷的离子晶体结构。．

高温下有可能产生空位对，即两个空位复合在一起。问题为什么会有这种情况？注意，要结合低温的情形进行全面的分析。UGibbsG=U-TS知，自由能增大。而增大，由函数答：在高温下，空位浓度增加，内能为了使能量尽可能小，出现两个空位复合的现象，是因为在高温下，熵起主要作用。当两个G 减小。空位复合在一起时，空位形式种类增加，对组态数的影响是正的。即使金属的空位形成能与其熔点有何关系？为什么？问题1、熔化的难易程度与结合能有关。原子间结合得越紧密，越难以融化，答：即熔点越高。2、空位的形成能是原子在体内结合键能与表面结合键能之差，与结合能有关，结合能越高，空位形成能越大。。“金属的空位形成能越大，熔点越高”因此，C 2 3超过怎样的数值，你认为该式就不适用了？－当式中的问题e C计算过程中可知，其假设空位形成能为常数，这就要求各个空位在形成过程答：在e中，相互独立，无影响，这在空位浓度较低时才能近似满足。因此该式仅适用于空位浓度较1%~10% 之间。低的情况，大约在“高能粒子辐照”几个字中，高能粒子除能量高外有无别的隐性含义？问题高能粒子受散射小，穿透能力强，能够深入材料内部，形成足够的空位浓度。答：

???STU?G??SUG???H?T?替。，而不是请说明用问题严格讲，应该写成H?的合理性。代??pV???U?H?，在我们讨论的晶体范围内，一般涉及到的均为凝聚态，压答：由U?H?。替

代强与体积的影响非常小，可以忽略不计，因此可以用问题是什么振动熵？理想晶体中的振动

熵与含空位的振动熵有什么差异？参考：kT ln NkS?3。v hv1 、振动熵是指由于振动形式的多样性而造成的独立微观状态数。答：2、可以将晶体模型中的拉压情形类比于弹簧模

型的拉压。显然易见，含空位的晶体与?k?kh。因此理想比较小的弹簧，又能量正比于劲度系数，

即理想晶体相比是劲度系数??hh。可从两种角度来看：大于含空位晶体中的晶体中()< () SvSv。含空位晶体理想晶体①由振动熵公式可知，

②从物理上理解，晶格振动的能量可用声子模型来描述。当温度一定时，总能量一定。??hh，

因此理想晶体中声子种数小于含空位晶而又由于理想晶体中大于含空位晶体中的()< () SvSv。体，即振动形式少于含空位晶体，也就是理想晶体含空位晶体A1 的，为什么？问题考虑了振动熵

概念之后，平衡空位浓度增加，即是大于?U?T?S曲线应该向下移，答：由下图可见，当考虑了振动熵之后，平衡处与之抗衡的n'e A1的。也应该相应增大，则由图可见，平衡空位浓度是大于增加，即（熵的作用能力越强，越易于空位的形成）

“由于自间隙原子的形成能是空位形成能的几倍，实际晶体中的空位浓度远大于问题

，这句话可以理解为“自间隙原子现象可以忽略不计”吗？请给予说明。自间隙原子浓度”可以。答：

1.NaClMgO6eV/

2.2eV/为什问题与个。的结构相同，但肖脱基缺陷形成能分别为个与2.请根据这两个数据对它们的肖脱基缺陷的浓度情况做出判断。么数据差异如此之大？MgONaCl1晶体都是通过离子键相结合的与答：、肖脱基缺陷形成能与结合能成正比。负离子通离子键是由正、离子晶体。而在材料物理基础的离子结合一节中，我们可以得知，ONaMgCl ZZ?离过库仑力而形成的，其平衡时晶体结合能。而和离子为一价离子，与?? NaClMgO，即肖脱基缺陷形成能前者大得多。子均为二价离子，因此的结合能大于MgO2NaCl。中肖脱基缺陷的浓度大于、肖脱基形成能越大，越难以形成，因此．

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()存在于某一晶面内，该位错环的各个部分可能都即位错线呈环状问题有一个位错环是刃位错

吗？可能都是螺位错吗？为什么？

：可能是刃位错，一定不是螺位错。答而螺位错的伯氏矢因为①刃位错的伯氏矢量垂直于位错线，所以显见，量平行于位错线。②同一根位错线上的伯氏矢量相同。而各处都平行对于位错环容易做到各处伯氏矢量垂直于位错线，,b1b2bb?不满足上面的条件。于位错环却无法办到。如图，都平行于位错环，但和21