非化学计量化合物
复习题 (1)
一、名词解释1.非化学计量化合物；2.一致熔融化合物；3.无序扩散：4. 均匀成核与非均匀成核；5.固相反应中的海德华定律；6.置换型固溶体；7.溶解－沉淀传质；8. 一级相变；9. 肖特基缺陷；10.晶子学说。
11.弗伦克尔缺陷；12.非化学计量缺陷；13.无规则网络学说；14．网络成型体与变性体，单建强、聚合与解聚；15. 烧结；16.一致熔化合物；17.稳定扩散；18.马氏体相变；19.非均匀成核；20. 二次再结晶；21非均匀成核；22 本征扩散；23 烧结；24 二次再结晶；25、热缺陷与杂质缺陷；26、熔融温度、烧结温度、泰曼温度；27、泥浆的触变性、泥团的可塑性；28、水型物质与硫型物质；29、烧结与烧成；30、粘土的离子交换性；31、等同点，空间格子，单位平行六面体；32点群，平移群，空间群，晶胞二．简答题1、影响熔体粘度的因素有哪些？2、试比较杨德方程和金斯特林格方程的优缺点及其适用条件。
3、烧结过程中，晶界遇到夹杂物时会出现几种情况？从实现致密化目的的考虑，晶界应如何移动，怎样控制？4、比较硅酸盐玻璃与硼酸盐玻璃结构与性能上的差异5、简述玻璃的通性，并与晶体进行比较。
6、比较机械混合物、固溶体、化合物及非化学计量化合物之间的异同点。
7、加入0.1mol%的ZrO2增韧Al2O3，写出缺陷反应式和固溶分子式。
8、简述硅酸盐熔体聚合物结构形成的过程和结构特点。
9、什么是ζ—电位，它与扩散层厚度的有何关系。
10、简述晶体的本质及其与性能的关系。
11、试比较石墨和金刚石的结构和性质。
12、什么是润湿，它有几种类型，请分别予以表述。
13、与一般的液、气反应相比、固相反应有什么特点。
14、加入0.2mol%的ZrO2增韧Al2O3，写出缺陷反应式和固溶分子式。
15、材料烧结时四种最基本的传质机理是什么？少量添加剂能促进烧结，其原因是什么？16、大块石英经煅烧后，易于破碎是根据什么原理？17、简述硼酸盐玻璃由于Na2O加入量的不同，出现的硼反常现象。
《非化学计量化合物》课件
什么是非化学计量化合物？
非化学计量化合物的定义
羟基化合物
不满足简单化学计量比的化 合物，如甲醇、乙醇、甘油。
异构体化合物
存在多种异构体的化合物， 如戊烯、苯乙烯。
氢氧化物
满足简单化学计量比但有多 种同时存在的化合物，如氢 氧化钠、氢氧化钙。
羟基化合物
1
定义
羟基化合物是非化学计量化合物，具有一个或多个羟基官能团。
氢氧化物
1
定义
氢氧化物是一类非化学计量化合物，其化学式中含有氢氧根离子。
2
化学性质与应用
氢氧化物具有碱性，可参与酸碱中和反应。广泛应用于化学实验、水处理等领域。
3
结构与命名
常见氢氧化物的分子结构以及根据IUPAC命名法的命名规则。
总结
1 非化学计量化合物的定义及分类
介绍了非化学计量化合物的定义，包括羟基化合物、异构体化合物和氢氧化物。
2
பைடு நூலகம்
化学性质与应用
羟基化合物可参与酸碱反应、酯化反应等。广泛应用于溶剂、医药和化妆品等领 域。
3
结构与命名
常见羟基化合物的分子结构以及根据IUPAC命名法的命名规则。
异构体化合物
戊烯
戊烯是一种常见的异构体化合物，具有多个同分异 构体。其结构与化学性质的差异导致不同的用途和 应用。
苯乙烯
苯乙烯也是一种常见的异构体化合物，存在顺式和 反式异构体。具有广泛的工业应用。
2 常见羟基化合物、异构体化合物和氢氧化物
展示了常见化合物的结构、命名、化学性质和应用。
非化学计量化合物
§5.5 非化学计量化合物道尔顿的定比定律圆满地解释了有机化学中分子晶体的许多现象，虽然它有时需要加以修正，才能用以说明单键、双键、叁键、链状或环状化合物的结构问题[4]。
后来研究发现，这种严格按化学计量形成的化合物其实是一种很特殊的情况，大多数原子或离子晶体化合物并不符合定比定律，其正负离子的比，并不是一个简单、固定的值。
它们呈现范围很宽的组成，并且组成和具体结构之间没有简单的对应关系(或化学同一性)[18]，这些化合物被称为非化学计量化合物[7, 8, 19, 20]、非化学计量比化学物[32]、非化学配比化合物[5]或非整比化合物[3,4](英文一般统称为nonstoichiome-tric compounds)，或被称为偏离整比的化合物[4](compounds deviated from stoichiometry)。
基于这些理由，苏勉曾指出[4]，非化学计量化合物可以从以下两个方面加以规定：一、纯粹化学定义所规定的非化学计量化合物，是指用化学分析、X射线衍射分析和平衡蒸气压测定等手段能够确定的、组成偏离化学计量的、均匀的物相，例如FeO1+y等。
二、从点阵结构上看,非化学计量化合物组成的偏离值也可能很小，以致不能用化学分析或X射线衍射分析等觉察出来,但可以由测量其光学、电学和磁学的性质来研究它们。
这类低偏离化学计量的化合物具有重要的技术性能，是固体化学因而也是无机材料化学要重点讨论的对象。
自20世纪20年代起人们便已知道，化学计量FeO的组成并没有落在实际存在的Fe2+氧化物的稳定范围(FeO1.05)内[18]。
传统的观点认为这是由于它存在着缺陷，导致组成偏离～1.15实际上是非化学计量氧化亚铁组成的稳定范围。
对非化学计量化合物化学计量。
FeO1.05～1.15的进一步研究导致了这样一种相反的观点：既然“缺陷”之间会发生显著的相互作用(例如缔合)并使自己有序化，以至有时它们的存在甚至对固体的完整结构是必不可少的[3](例如像超亲水TiO2薄膜的氧离子空位V O··那样[21~23]，详见§4.8)；既然缺陷的存在有时会在很大的程度上决定了固体物质(例如半导体)的性质，那么又怎能把它们看成是一种“缺陷”[3]?5.5.1 晶体的点缺陷和化学计量的关系，基本的缺陷反应方程式从第四章缺陷化学对点缺陷的描述中可以推论出，在化合物中如果只存在某类缺陷中的一种缺陷(例如弗仑克尔缺陷中的填隙原子)，会导致一个成分过量或另一个成分短缺。
非化学计量比化合物的合成
环保领域
空气净化
非化学计量比化合物在空 气净化器中作为吸附剂， 能够高效去除空气中的有 害物质。
水处理
非化学计量比化合物在水 处理过程中作为催化剂或 吸附剂，能够降低污染物 浓度和提高出水质量。
土壤修复
非化学计量比化合物在土 壤修复中作为重金属离子 吸附剂，能够降低土壤污 染程度。
医学领域
药物载体
案例二
总结词
详细描述
应用领域
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
氮化硼非化学计量比化合物具有优异 的热稳定性、化学稳定性和电绝缘性 ，在高温结构材料、电子器件和核能 等领域有广泛应用。
氮化硼非化学计量比化合物可以通过 多种方法合成，如高温高压法、化学 气相沉积法、溶胶-凝胶法等。其中 ，高温高压法是最常用的方法，通过 将硼和氮的粉末在高温高压条件下反 应生成氮化硼。化学气相沉积法和溶 胶-凝胶法则适用于制备薄膜和纳米 级材料。
非化学计量比化合物在药物载体 中作为药物控制释放材料，能够
实现药物的缓释和靶向作用。
生物成像
非化学计量比化合物在生物成像中 作为荧光标记物，能够提高成像效 果和灵敏度。
医疗器械
非化学计量比化合物在医疗器械中 作为表面涂层材料，能够提高医疗 器械的生物相容性和耐磨性。
农业领域
肥料增效剂
农产品保鲜
非化学计量比化合物在肥料增效剂中 作为营养元素的载体，能够提高肥料 利用率和减少环境污染。
03 非化学计量比化合物的应 用领域
能源领域
01
02
03
燃料电池
非化学计量比化合物在燃 料电池中作为电极材料， 能够提高电池性能和稳定 性。
太阳能电池
非化学计量比化合物在太 阳能电池中作为光吸收层， 能够提高光电转换效率。
第五章 固溶体和非化学计量化合物
第五章固溶体和非化学计量化合物第五章固溶体和非化学计量化合物第五章固溶体和非化学计量化合物习题1.尝试从成分、相数、独立组分数和性能变化等方面比较固溶体、化学计量比化合物和低共晶的异同。
请列出并解释。
2mgo、α-al2o3和cr2o3的阳离子半径分别为4.7×1011m、3.6×1011m和4.0×1011m。
请按可能---的固溶反应式回答：(1)α-al2o3和cro3能形成连续固溶体吗?为什么?(2)mgoccr2o3系统的固溶度如何?为什么?(3)α-al2o3ccr2o３和mgoccr2o3这两个系统所形成的固溶体在电性能(例如电导和电场均匀性)方面有何差别?为什么?3分析pbzro3cpbtio3二元体系，并观察接近常温的体系相图（图5C4）。
试着回答：（1）体系能形成连续的固溶体吗？（2）图5C4的相图属于哪种基本类型（或其一部分）？（3）当二元体系中的固溶体发生晶体转变时，自由度是多少？它们体现在什么方面？这和单位制有什么不同。
4若把al2o3加入到mgo主晶体中，试回答：(1)形成何种类型的固溶体?固溶度大小如何?试解释之。
(2)请写出缺陷反应方程式，试说明固溶体的密度和电性能随着al2o3加入的变化趋势。
5.简要描述两种常见的分类方法和不同类型的固溶体。
间隙固溶体也可能是连续固溶体吗？6.Al2O3中掺杂材料的量百分比分别为0.5%NiO和0.02%Cr2O3，制成金色人造黄玉，经分析形成置换固溶体[27]。
试写出人造黄玉的固溶反应式和固溶分子式。
7设想在zro2中掺杂cao，并在700k下进行热处理，试问随着掺杂量的增加，系统会出现什么晶相？8举例说明了由于形成异价置换固溶体而影响晶格活性的两种不同情况，从而导致成分和结构缺陷。
9生成固溶体是否一定会同时产生“组成和结构缺陷”？此种缺陷与等价置换或异价置换有何关系？请按氧化物固溶体的不同生成机制逐一说明。
3.3非化学计量化合物
材料科学基础第 3 章由于化学组成上偏离化学计量而产生的缺陷四种类型 非化学计量化合物阴离子缺位型 TiO 2-X阳离子填隙型 Zn 1+X O 阴离子填隙型 UO 2+X 阳离子缺位型 Fe 1-X O阴离子缺位型产生原因环境中缺氧，晶格中的氧逸出到大气中，使晶体中出现了氧空位。
阴离子缺位型（TiO 2-x ）缺氧的TiO 2可以看作是四价钛和三价钛氧化物的固溶体简化式中 e´=Ti Ti ´Ti 4+获得电子降为 Ti 3+三价钛占据四价钛的位置氧空位上束缚2个自由电子有缘学习更多驾卫星ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）阴离子缺位型（TiO2-x）根据质量作用定律，平衡时：由晶体电中性条件：氧空位的浓度与氧分压的1/6次方成反比阴离子缺位型F-色心TiO2-x结构缺陷示意图色心由于电子补偿而引起的一种缺陷。
研究最详细的色心是F-色心（F-Center），由一个阴离子空位和一个在此位置上的电子组成。
因陷落电子能吸收一定波长的光而使材料出现某种颜色。
TiO2 在还原气氛下 黄色→灰黑色NaCl 在蒸气中加热 呈现黄棕色产生原因过剩金属离子进入间隙位置，带正电。
等价电子被束缚在间隙位置金属离子周围，形成一种色心。
间隙阳离子＋电子为保持电中性e由于间隙阳离子使金属离子过剩型结构1+xZnO在锌蒸汽中加热，颜色会逐渐加深，就是形成这种缺陷的缘故。
与上述反应同时进行的还有氧化反应 ：Zn(g) + 1/2O2 = ZnO1+x 平衡时 [Zn i ·]=[e´]，得：根据质量作用定律：（单电荷间隙锌）锌不完全电离时1+x实测 650℃下ZnO电导率与氧分压的关系单电荷锌间隙模型的正确性产生原因•存在间隙阴离子使阴离子过剩。
为保持电中牲，结构中引入电子空穴，相应的阳离子升价。
•电子空穴在电场作用下会运动，材料为P型半导体。
h由于存在间隙阴离子，使阴离子过剩型结构阴离子填隙型（ UO 2+x ）随着氧分压的提高间隙氧浓度增大等价于目前只发现UO 2+x ，可看作铀氧化物间形成的固溶体。
晶体结构缺陷-5非化学计量缺陷
-2.3
[ Zn i ] P
.
1/ 2 Zn
则
1 图2.24 在 650℃下， ZnO 电导率与氧分压的关系 [ ZnO ] [ ZnO ] 4 K [ e ] P 1/ 2 1/ 2 O2 [ Zni][e][ PO2 ] [e]PO2
对于UO2+x。中的缺焰反应可以表示为：
U 3O8 U 2O6 UO2 U 2O6 UO3
UO2
1 O2 2h Oi ' ' 的浓度增大，这种类型的缺陷化合 等价于： 2
物是P型半导体
[ O ' ' ][ h ] i 根据质量作用定律 K 1/ 2 PO 2
UO U 2O O ' '
典型的非化学计量的二元化合物
类型 I II III 半导体 n n p 化合物 KCl， NaCl， KBr， TiO 2， CeO 2， PbS ZnO ， CdO UO 2 类型 IV 半导体 P 化合物 Cu2O ， FeO ， NiO ， ThO2， KBr， KI， PbS ， SnS ，CuI，FeS ，CrS
[OO●]≈1 [h●]=2[VFe’’]
2
由此可得： [h●]∝PO21/6 随着氧压力的增大，电子空穴浓度增大，电 导率也相应增大。
h
图2.26由于正离子空位的存在，引起负离子过剩型结构缺陷（IV）
小结：非化学计量缺陷的浓度与气氛的性质及大小有关，这
是它和别的缺陷的最大不同之处。此外，这种缺陷的浓度也 与温度有关。这从平衡常数K与温度的关系中反映出来。以 非化学计量的观点来看问题，世界上所有的化合物，都是非 化学汁量的，只是非比学汁量的程度不同而已，
非计量化合物
1 • '' O2 ( g ) ⇔ Oo + 2h + VFe 2
从中可见，铁离子空位本身带负电，为了保持电中性； 从中可见，铁离子空位本身带负电，为了保持电中性； 两个电子空穴被吸引到这空位的周围，形成一种 一色心 一色心。 两个电子空穴被吸引到这空位的周围，形成一种V一色心。
根据质量作用定律
[OO ][h ] [VFe ' ' ] K= 1/ 2 PO 2
h
h
由于存在间隙负离子， 图2.25由于存在间隙负离子，使负离子过剩型的结构（III） 由于存在间隙负离子 使负离子过剩型的结构（ ）
对于UO2+x中的缺焰反应可以表示为： 中的缺焰反应可以表示为： 对于
U 3O8 ⇒ U 2O6 • UO2
UO2 •• U
U 2O6 ⇒ UO3
UO3 →U + 2OO + Oi ' '
ห้องสมุดไป่ตู้
三、由于存在间隙负离子，使负离子过剩 由于存在间隙负离子，
具有这种缺陷的结构如图2—25所示。目 所示。 具有这种缺陷的结构如图 所示 前只发现UO2+x，可以看作 2O8在UO2中的固 可以看作U 前只发现 溶体，具有这样的缺陷。当在晶格中存在间 溶体，具有这样的缺陷。 隙负离子时，为了保持电中牲， 隙负离子时，为了保持电中牲，结构中引入 电子空穴，相应的正离子升价， 电子空穴，相应的正离子升价，电子空穴在 电场下会运动。因此，这种材料是 型半导体 型半导体。 电场下会运动。因此，这种材料是P型半导体。
Ⅲ型（间隙负离子型）： 间隙负离子型）：
UO 2+ x
Ⅳ型（间隙正离子型）： 间隙正离子型）：
陶瓷工艺学第四讲 非化学计量化合物及其掺杂
阳离子空位型（M1-xO）
现在用图示法总结一下： 还原环境：
格点数不变，体积不变， 质量变小，密度变小。
格点数变少，体积变小， 质量变小，密度变大。
MX ƒ
M ig+e'
1 2
X2
氧化环境：
格点数不变，体积不变， 质量变大，密度变大。
格点数变多，体积变大， 质量变大，密度变小。
非化学计量化合物的特点：
浓度和外部气氛分压有关； 易在变价元素的化合物中产生； 一般都是半导体 可以看成同一元素不同价态的氧化物形成
的固溶体。
非化学计量化合物的掺杂
首先以Nb2O5掺入到TiO2为例说明
下面我们来看Al2O3掺入到TiO2中去的情况
小结
施主掺杂（高价取代低价）可以Xb-y) ➢ 阳离子填隙型（Ma+yXb) ➢ 阴离子填隙型（MaXb+y) ➢ 阳离子缺位型（Ma-yXb)
阴离子缺位型（MaXb-y)
以MO2为例进行推导
合并就可以得到：
阳离子填隙型（Ma+yXb）
以ZnO为例：
阴离子填隙型（MaXb+y）
• 阳离子空位 • 阴离子填隙 • 电子 受主掺杂（低价取代高价）可以也有三
种补偿方式： • 阴离子空位 • 阳离子填隙 • 空穴
对于像Fe3O4和Mn2O3这样的化合物，既可 以被氧化，也可以被还原，因此电子和空穴 补偿都是可行的。
第四讲 非化学计量化合物及其掺杂
非化学计量化合物
定义：把原子或离子的比例不成简单整数比或固定 的比例关系的 化合物称为非化学计量化合物。
实质：同一种元素的高价态与低价态离子之间的置 换型固溶体。
例：方铁矿只有一个近似的组成Fe0.95O，它的结 构中总是有阳 离子空位存在，为保持结构电中性， 每形成一个铁空位 ,必须有2个Fe2+转变为Fe3+。
57非化学计量化合物
1典：型1。 例子：Fe2+氧化物的稳定范围(FeO1.05～1.15)并不是
氧化锌气敏材料的研制
用施主掺杂产生准自由电子来控制电导率。
Al2O3
(s)
⎯Z⎯nO⎯→
2Al
Zn
i
+2e'
+2OO
+
1 2
O2
(g)
用受主掺杂产生准自由电子空穴来调节电导率。
1 2
O2
(g)+Li
2O(s)
⎯Z⎯nO⎯→
2Li
Zn
'
+2h
i
+2OO
阴离子填隙(MaXb+ y)型非化学计量化合物
阴离子空位(MaXb-y)型非化学计量化合物
例子：TiO2–y，ZrO2–y和CeO2-y等。
2TiTi
+4O
o
←⎯⎯⎯⎯→
2Ti'Ti
+VOii
+3OO
+
1 2
O2
OO
VOii
+2e'
+
1 2
O2
(g)
[e']=[Ti'Ti ]
K = [VOii ] pO 21/ 2n2 [OO ]
[V ] ∝ p n＝2［VO··］
m
=
4×
0.85× 91.22
3.6非化学计量化合物
随着氧压力的增大, 随着氧压力的增大,间隙氧的浓度 1 等价于: 等价于: O2 → 2h + Oi ' ' 增大,这种类型的缺陷化合物是P 增大,这种类型的缺陷化合物是 2 型半导体. 型半导体. [Oi ' ' ][h ] 根据质量作用定律 K = 1/ 2 PO 2 由此可得: 又 [h●]=2[Oi''] 由此可得: [Oi'']∝PO21/6. ∝
小结: 小结:四类非化学计量化合物之代表物
Ⅰ型(负离子缺位型): 负离子缺位型):
ZrO 2 x , TiO 2 x , KCl1 x , NaCl1 x , KBr1 x
Ⅱ型(间隙正离子型): 间隙正离子型):
Zn1+ x O, Cd1+ x O
Ⅲ型(间隙负离子型): UO 间隙负离子型): 2+ x 正离子缺位型): Ⅳ型(正离子缺位型):
四,由于正离子空位的存在,引起负离子过剩 由于正离子空位的存在,
Cu2O,FeO属于这种类型的缺陷.以FeO为例 属于这种类型的缺陷. , 属于这种类型的缺陷 为例 缺陷的生成反应: 缺陷的生成反应:
Fe2O3 → 2 FeFe + 3OO + VFe ' '
沈阳化工大学无机材料科学基础--3-3 非化学计量氧化物
体，具有这样的缺陷。
缺焰反应式：
1 O2 Oi 2h 2
无机材料科学基础
h
由于存在向隙负离子，使负离子过剩型的结构
无机材料科学基础
4、阳离子缺位型
——Fe1－xO、 Cu2－xO
h
无机材料科学基础
例： Fe1－xO，可以看作为Fe2O3在FeO中的固溶体
1 2 Fe Fe O2 g 2 Fe Fe OO VFe 2 1 2h O2 g OO VFe 2
——形成 V－色心
无机材料科学基础
第四节 非化学计量氧化物
实际的化合物中，有一些化合物不符合定比 定律，负离子与正离子的比例并不是一个简单 的固定的比例关系，这些化合物称为非化学计 量化合物。
无机材料科学基础
非化学计量化合物的特点：
1）非化学计量化合物产生及缺陷浓度与气氛
性质、压力有关；
2）可以看作是高价化合物与低价化合物的固 溶体； 3 ）缺陷浓度与温度有关，这点可以从平衡常 数看出；
V PO2
O
1 6
讨论：
无机材料科学基础
TiO2-x结构缺陷示意图
TiO2-x结构缺陷 在氧空位上捕获两个电 子，成为一种色心。色 心上的电子能吸收一定 波长的光，使氧化钛从 黄色变成蓝色直至灰黑 色。
为什么TiO2-x是一种n型半导体？
无机材料科学基础
2、正离子间隙型
Zn1+xO和Cdl+xO属于这种类型。过剩的金 属离子进入间隙位置，带正电，为了保持电中 性，等价的电子被束缚在间隙位置金属离子的 周围，这也是一种色心。
4）非化学计量化合物都是半导体。
非化学计量化合物PPT
在其中加入VC和NbC烧结会抑制晶粒长大， 晶粒会得到细化 CDC依赖于:a先驱结构（VC,HfC,TiC,WC) b先驱体密度 c过程参量（温度，腐蚀方法） 先驱体的结构组成与晶粒度对CDC的影响 情况比较
CDC温度影响
孔：高温CDC特殊表面积小，但高温时大孔对电 解液的吸附能力强，而低温小孔的特殊表面积多， 因此孔尺寸的广泛分布对于离子运送有利----超级 电容[8] 组织：低温生成无定型碳，高温生成石墨以及碳 须等，通过控制温度可以获得[9] 氯化中加氢：氢可以减慢反应速率，减小杨氏模 量，以及控制层厚的作用，同时对孔的尺寸和机 械力学性能也有影响[10]
程度%
82 55 29
非化学计量碳化钛晶格参数
计量比 0.5 0.625 0.75 0.85 0.9 1.0 日光炉合成
0.42932 ± 0.00006 0.43121 ± 0.00006 0.43229 ± 0.00002 0.43261 ± 0.00003 0.43242 ± 0.00004 0.43268 ± 0.00033
非化学计量化合物的特点： 非化学计量化合物的特点 ：
1 有明显的金属特性，有金属光泽， 能导电 2）非化学计量化合物产生及缺陷 浓度与气氛性质、压力有关； 3）可以看作是高价化合物与低价 化合物的固溶体； 4）缺陷浓度与温度有关 5）非化学计量化合物都是半导体。
非化学计量化合物合成方法
（1）MA制备非化学计量比TiCx：以Ti和C为原料，在Ti 与C的混合原料中，含碳量较高时，由于反应体系的绝热 温度大于1800 K，在MA过程发生自蔓延反应，而含碳量 较低时自蔓延反应不能维持，通过发生扩散反应形成 TiCx 。[1] （2）在纯钛表面进行多重能量离子(180, 100, 50, 20 keV) 植入合成TiC0.26，TiC0.49，TiC0.78。[2] （3）floating zone melting（悬浮区域熔炼）得到非化学 计量比的碳化钽（0.7~0.8）。[3] （4） 化学气相沉积法制备非化学计量碳化钛[4] （5）日光炉合成非化学计量碳化钛
非化学计量化合物
非化学计量化合物
非化学计量化合物是指它们的分子中的各类原子不以整数比例结合的化合物。
这些化合物的基本结构不遵循简单的整数比例法则，而是由非整数比例的原子组成。
以下是几个例子：
1. 脂肪酸：脂肪酸是由一长串碳和氢原子组成的有机酸。
它们的分子中的碳、氢和氧原子的比例通常是非整数关系，例如十六碳酸（棕榈酸）的分子式为C16H32O2。
2. 水合物：某些化合物中水分子以非整数比例与其他分子结合。
例如，铜(II)硫酸
五水合物（CuSO4·5H2O），其中每个硫酸离子配位于一个铜离子，并与五个水分
子结合。
3. 金属合金：金属合金是由两种或多种金属元素组成的材料。
它们的化学组成可能不遵循整数比例，而是通过可变比例的混合来获得期望的性能。
这些非化学计量化合物表明化学反应和结合并不总是按照简单的整数比例进行，而可以形成更复杂、多样化的结构。
面缺陷固溶体非化学计量化合物
利用高能粒子轰击靶材表面，使靶材原子或分子溅射出来并沉积在基底表面，通过控制沉 积条件如溅射功率、沉积时间和基底温度等，制备出面缺陷固溶体非化学计量化合物。
表征技术
X射线衍射
利用X射线衍射技术分析面缺陷 固溶体非化学计量化合物的晶 体结构和相组成。
扫描电子显微镜
通过扫描电子显微镜观察面缺 陷固溶体非化学计量化合物的 表面形貌和微观结构。
固溶体非化学计量化合物首先形 成固溶体，即不同元素在晶体结 构中占据特定位置。
非化学计量缺陷的
产生
由于组成元素的原子数量不满足 化学计量比，导致电子或空穴的 非化学计量缺陷的产生。
平衡与稳定性
非化学计量缺陷的存在使得固溶 体在热力学上处于亚稳态，但在 一定条件下可保持稳定。
结构与性质的关系
结构陷固溶体非化学计量化合物的制备原理和技术，提高 制备效率和可控性。
性能调控
深入探索面缺陷固溶体非化学计量化合物的结构与性能之间的关系， 为性能调控提供理论支持。
应用研究
加强面缺陷固溶体非化学计量化合物在能源、环保、生物医学等领 域的应用研究，推动其实际应用进程。
THANKS FOR WATCHING
06 面缺陷固溶体非化学计量 化合物的发展前景与挑战
发展前景
新型材料应用
面缺陷固溶体非化学计量化合物具有独特的 物理和化学性质，有望在能源、环保、生物 医学等领域发挥重要作用。
促进科技进步
面缺陷固溶体非化学计量化合物的深入研究将推动 相关领域的技术创新和产业升级。
拓展研究领域
面缺陷固溶体非化学计量化合物的发展将进 一步拓展材料科学、物理、化学等多个学科 的研究领域。
在制备或处理过程中，由于温度、压 力、气氛等因素的影响，导致元素组 成偏离化学计量比。
化学计量化合物和非化学计量化合物
化学计量化合物和非化学计量化合物示例文章篇一：哎呀，同学们，你们知道什么是化学计量化合物和非化学计量化合物吗？反正我之前是不太懂的，后来老师一讲，我可算是明白了点儿。
化学计量化合物呀，就好像是我们排好队去做操，一个位置一个人，不多也不少，特别整齐！每一种元素的比例那都是固定得不能再固定啦。
比如说水，H₂O，两个氢一个氧，一直都是这样，雷打不动！这就是化学计量化合物，它们的组成就像是被定好了规矩，谁也不能违反。
那非化学计量化合物呢？这可就有意思啦！它就像是我们做游戏，有时候人多了，有时候人少了，没那么严格。
比如说氧化铁，有时候铁多一点儿，氧少一点儿；有时候氧多一点儿，铁少一点儿。
这可不像化学计量化合物那么“死板”，它会有一些小小的变化。
有一次上化学课，老师就问我们：“同学们，你们说这化学计量化合物和非化学计量化合物哪个更神奇呀？”有的同学说化学计量化合物，因为它们规规矩矩，让人觉得特别靠谱；有的同学又说非化学计量化合物，因为它们变化多端，充满了神秘。
我就想啊，要是世界上只有化学计量化合物，那得多无聊呀！就像每天都吃一样的饭菜，一点新鲜感都没有。
可要是只有非化学计量化合物，那也不行，乱了套啦，谁都不知道到底是啥样。
所以我觉得呀，化学计量化合物和非化学计量化合物都很重要！它们就像是一对好兄弟，各自有着自己的特点，一起为我们的化学世界增添了好多好多的奇妙和精彩！没有谁能替代谁，它们都在自己的领域发挥着独特的作用呢！示例文章篇二：《神奇的化学计量化合物和非化学计量化合物》嘿！同学们，你们知道吗？在化学的世界里，有两种超级神奇的东西，叫做化学计量化合物和非化学计量化合物。
这俩家伙可有意思啦！先来说说化学计量化合物吧。
这就好比是一个特别守规矩的乖孩子，它里面各种元素的比例那是固定得死死的，一点儿都不能变。
就好像咱们做课间操，每行每列的人数都是规定好的，多一个不行，少一个也不行。
比如说水，H₂O，氢原子和氧原子的比例就是2:1，永远都不会变，这多稳定啊！那非化学计量化合物呢？它呀，就像是个调皮的小孩，没那么守规矩。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
h h
图2.25由于存在间隙负离子，使负离子过剩型应可以表示为：
U3O8 U2O6 UO2
U2O6 UO3
UO3
UO2
U
U
2OO
Oi
''
等根价据于质：量随增型作着大半用氧，导定1压 这 体2律O力种。2 的类K增型2h大的[O，缺Pi O'O'间陷2]1i[/'h隙化2' ]氧合的 物浓是P度
又 [h●]=2[Oi’’] 由此可得： [Oi’’]∝PO21/6。
四、由于正离子空位的存在，引起负离子过剩
Cu2O、FeO属于这种类型的缺陷。以FeO为例
3）捕获两个电子的阴离子空位
——F’色心： (VX 2e')'
4）捕获一个空穴的阳离子空位
——V1中心： (VM ' h ) x
5）捕获两个空穴的阳离子空位
——V2中心： (VM ' 2h )
二、由于间隙正离子，使金属离子过剩
Zn1+x和Cdl+xO属于这种类型。过剩的金属 离子进入间隙位置，带正电，为了保持电中性， 等价的电子被束缚在间隙位置金属离子的周围， 这也是一种色心。例如ZnO在锌蒸汽中加热， 颜色会逐渐加深，就是形成这种缺陷的缘故。
2.6 非化学计量化合物
实际的化合物中，有一些化合物不符合定比定律，负离 子与正离子的比例并不是一个简单的固定的比例关系，这些 化合物称为非化学计量化合物。 非化学计量化合物的特点：
1）非化学计量化合物产生及缺陷浓度与气氛性质、压力有 关；
2）可以看作是高价化合物与低价化合物的固溶体；
3）缺陷浓度与温度有关，这点可以从平衡常数看出； 4）非化学计量化合物都是半导体。
2.6
3.0
则图2.K24在实[Z6测n5i0. ][℃[ZZenn下]O[OP，]O2电Z]1n/2导O电率[[e导Z]与nP率OO12/氧]2与氧分分压压[e的的] 关关P系系O214支持了
单电荷间隙的模型，即后一种是正确的。
三、由于存在间隙负离子，使负离子过剩
具有这种缺陷的结构如图2—25所示。目 前只发现UO2+x，可以看作U2O8在UO2中的固 溶体，具有这样的缺陷。当在晶格中存在间 隙负离子时，为了保持电中牲，结构中引入 电子空穴，相应的正离子升价，电子空穴在 电场下会运动。因此，这种材料是P型半导体。
色心：这种捕获了电子的阴离子空位和捕获了空穴的阳离子空位叫色中
心。
Y2O3 中易形成氧空位，捕获自由电子。真空煅烧，色心形成，显出
黑色；退火时色心消失，又恢复白色。
分类
1）带一个正电荷的阴离子空位
——α中心： V X
2）捕获一个电子的阴离子空位
——F色心： (VX e' ) x
色心、色心的产生及恢复
“色心”是由于电子补偿而引起的一种缺陷。
某些晶体，如果有x射线，γ射线，中子或电子辐照，往 往会产生颜色。由于辐照破坏晶格，产生了各种类型的点 缺陷。为在缺陷区域保持电中性，过剩的电子或过剩正电 荷(电子空穴)就处在缺陷的位置上。在点缺陷上的电荷，具 有一系列分离的允许能级。这些允许能级相当于在可见光 谱区域的光子能级，能吸收一定波长的光，使材料呈现某 种颜色。
把这种经过辐照而变色的晶体加热，能使缺陷扩散掉， 使辐照破坏得到修复，晶体失去颜色。
举例
现象：白色的 Y2O3 在真空中煅烧，变成黑色，再退火，又变成白
色。
原因：晶体中存在缺陷，阴离子空位能捕获自由电子，阳离子空位能 捕
获电子空穴，被捕获的电子或空穴处在某一激发态能级上，易受激而发出 一定频率的光，从而宏观上显示特定的颜色。
-2.1
Zn(g) Zni. e
-2.3
（此为一种模型）
[Zni.
]
P1/ 2 Zn
logσ
上述-2.5反应进行的同时，进行氧化反应：
1
-2.7
Zn(g) 2 O2 ZnO （此为另一种模型）
0.6
Zn1.0 . i
e
1 1.4
1.8
2.2
L2ogOP2O2(mmZHngO)
半导体材料分为两大类：一是掺杂半导体，如Si、Ge中 掺杂B、P，Si中掺P为n型半导体；二是非化学计量化 合物半导体，又分为金属离子过剩（n型）（包括负离 子缺位和间隙正离子）和负离子过剩（p型）（正离子 缺位和间隙负离子）
一、由于负离子缺位，使金属离子过剩
Ti02、ZrO2会产生这种缺陷，分子式可写 为TiO2-x， ZrO2-x，产生原因是环境中缺氧， 晶格中的氧逸出到大气中，使晶体中出现了 氧空位。
缺陷反应方程式应如下：
2TiO2
-
1 2
O2
2Ti' Ti
VO
2OO
2TiTi
4OO
2Ti' Ti
VO
3Oo
1 2
O2
又∵
TiTi+e’= TiTi’
2TiTi
等价于
OO
2Ti'Ti
2e'VO
1 2
O2
OO
2e'
VO
1 2
O2
根据质量作用定律，平衡时，[e’]=2[VO ] ：
e
图2.23 由于间隙正离子，使金属离子过剩型结构（II）
缺陷反应可以表示如下：
或
ZnO
Zni..
2e
1 2
O2
(
g
)
Zn(g) Zni.. 2e
按质量作用定律
K
[Zni.. ][e]2
PZn
间隙锌离子的浓度与锌蒸汽压的关系为；
[Zni.. ]
P1/ 3 Zn
如果Zn离子化程度不足，可以有
K [Vo..][Po2 ]1/ 2[e]2 [Oo ]
VO
1
P6 O2
1）∴TiO∴2的电非导化率学计随量温对度氧的压力升敏高感而，呈在还指原数气氛中才能 形成T规iO2律-x。增烧加结，时，反氧映分了压缺不足陷会浓导度致与VO温升高，得到灰
2）黑色e 的度PTO2i16的O电2关-x导，系率而随。不氧是分金压黄升色高的而Ti降O2低。。
3）若PO2不变，则
[e' ]
2K 1/ 3
41/
3
P1/ 6 O2
[e']K exp{ G} RT
图2.22 TiO2-x结构缺陷示意图（I）
TiO2-x结构缺陷 在氧空位上捕获 两个电子，成为 一种色心。色心 上的电子能吸收 一定波长的光， 使氧化钛从黄色 变成蓝色直至灰 黑色。
为什么TiO2-x是一种n型半导体？