晶体结构与晶体中的缺陷

四、A2B3型化合物晶体
•包括 ：刚玉型、立方C型和B型
•三方晶系 •熔点高、硬度大 •高绝缘电子陶瓷
五、ABO3型
1.方解石（CaCO3）型结构 • 三方晶系 • 变形了的NaCl结构 • LiNO3、NaNO3、MgCO3等
2.钙钛矿（CaTiO3）型结构
•高温时属立方 晶系，Pm3m 空间群，600℃ 以下为正交晶 系
缺陷类型与特征
一般按照尺度范围分类，即按照偏 离理想结构的周期性有规律排列的 区域大小来分类。
（1）点缺陷 （2）线缺陷 （3）面缺陷 （4）体缺陷
（1）点缺陷
由于各种原因使晶体内部质点有规 则的周期性排列遭到破坏，引起质 点间势场畸变，产生晶体结构不完 整性，但其尺度仅仅局限在1个或若 干个原子级大小的范围内，这种缺 陷就称为点缺陷。零维缺陷。
（2）线缺陷
如果晶体内部质点排列的规律性 在某一方向上达到一定的尺度范 围遭到破坏，就称为线缺陷，也 称位错。又称一维缺陷。
（3）面缺陷
如果晶体内部质点排列的规律 性在二维方向上一定的尺度范围 内遭到破坏，就称为面缺陷，有 晶体表面、晶界、相界、堆垛层 错等若干种，又称二维缺陷。
（4）体缺陷
如果晶体内部质点排列的规律性 在三维空间一定的尺度范围内遭 到破坏，就称为体缺陷，例如亚 结构（嵌镶块）、沉淀相、层错 四面体、晶粒内的气孔和第二相 夹杂物等，又称三维缺陷。
•BaTiO3等
六、AiBkCmOn型化合物晶体
1.锆英石（ZrSiO4）型结构 2.尖晶石（MgAl2O4）型结构 3.钇铝石榴石（Y3Al5O12）型结构 4.YBaCu2O7超导结构
第二节 晶体结构缺陷
定义： 与理想的晶体结构对比而言，
晶体中质点不按严格的点阵排列， 偏离了理想结构的周期排列规律， 称之为晶体结构缺陷。
4.纤锌矿（α-ZnS）型结构 •六方晶系 •六方底心格子 •P63mc空间群 •配位数都是4 •BeO、ZnO、AgI等
三、AB2型化合物晶体
1. 金红石（TiO2）型结构
•四方晶系
•P4/mnm空间群
•Ti4+离子位于四方晶胞的顶点和中心，O2-离子中 的两对，其余的两个O2-
•Ti4+的配位数是6，O2- 的配位数是3
二、AB型化合物晶体 1. NaCl型结构
•立方晶系
•面心立方格子
•Fm3m空间群
•负离子按面心 立方最紧密方 式堆积，正离 子填充八面体 间隙，正、负 离子配位数都 是6
•碱金属卤化物 、氢化物以及 碱土金属氧化 物、硫化物、
2.CsCl型结构
•立方晶系
•简单立方格子
•Pm3m空间群
•每个晶胞中有1个 Cs+和1个Cl-
的质点离开平衡位置而造成缺陷
（1）弗仑克尔缺陷： 在晶格热振动时，
一些能量较大的质点 离开平衡位置后，进 入到间隙位置，形成间隙质点，而在原来 位置上形成空位
影响因素：—— 与晶体结构有很大关系 NaCl型晶体中间隙较小，不易产生弗仑克 尔缺陷； 萤石型结构中存在很大间隙位置，相对而 言比较容易生成填隙离子。
•GeO2、SnO2、PbO2、MnO2、MoO2、WO2、 NbO2、VO2等
2.萤石（CaF2）型结构
•立方晶系
•面心立方格 子
•Fm3m空间群
•Ca2+ 位于晶 胞顶点和中心 F- 占据间隙
•Ca2+的配位 数是8，F- 的 配位数是4
•BaF2、CeO2 等
3碘化镉（CdI2）型结构
• 三方晶系 • 面心立方格子 • Mg(OH)2、Ca(OH) 2、CaI2、MgI2等
•硬度小、易加工、高 熔点、不透明、传热 和导电性
•化学式：C
•六方晶系
•P63/mmc空间群
•同时含有：共价键、 分子间力和金属键
3.C60结构
•化学式:C60
•24面体
•碳纳米管
•化学、材料 学、电子学 、生物学和 医学
4. 氯、溴、碘结构 •范德华力 •分子晶体 •熔点低、硬度小 •正交晶系 •线形分子晶体
（2）肖特基缺陷： 如果正常格点上的
质点，在热起伏过程中 获得能量离开平衡位置迁移到晶体的表面，而 在晶体内部正常格点上留下空位
特点： 肖特基缺陷的生成需要一个像晶界、位
错或者表面之类的晶格排列混乱的区域；正 离子空位和负离于空位按照分子式同时成对 产生，伴随晶体体积增加
•Cs+（或）Cl-作简 单立方堆积，Cl- （ 或） Cs+填充在立方 体间隙中
•Cs+（或）Cl-的配 位数都是8
•CsCl型结构二元化 合物晶体有：CsBr 、CsI、TICl等
3.闪锌矿（β-ZnS）型结构
•立方晶系 •面心立方格子 •F43m空间群 •配位数都是4 •Be、Cd、Hg的硫化物，硒化物和碲化物以及Cu 的卤化物，β-SiC、GaAs、InSb等
缺陷，从位置上看，它可以进入结点位置， 也可以进入间隙位置 。
取 代 杂 质 质 点
间 隙 杂 质 质 点
2. 按照缺陷产生原因分类 热缺陷 杂质缺陷
非化学计量结构缺陷
弗仑克尔缺陷
1）热缺陷：
（Frenkel） 肖特基缺陷
（Schottky） 当晶体的温度高于0K时，
由于晶格上质点热振动，使一部分能量较高
X M + X
M + X M + X
M +
M +
X M + X M +
正 离 子 空 位
X M + X
负 离 子 空 位
2）填隙质点： 原子或离子进入晶体中正常结点之间的间隙位置，
成为填隙原子（或离子）或间隙原子（或离子）。 从成分上看，Biblioteka Baidu隙质点可以是晶体自身的质点，
也可以 是外来 杂质的 质点
3）杂质缺陷： 外来杂质质点进入晶体中就会生成杂质
第二章 晶体结构与晶体中的缺陷
第一节 典型结构类型 第二节 晶体结构缺陷
一、点缺陷 二、固溶体 三、线缺陷(位错)
第一节 典型结构类型
一、单质晶体
1.金刚石结构
•最佳超硬材料
•优良的热敏、 热传导、透红外 和半导体特性
•化学式：C •立方晶系 •Fd3m空间群 •面心立方格子 •共价键
2.石墨结构
2.2 点缺陷
2.2.1点缺陷分类 分类方法分别有按照位置、成分和
产生原因等不同角度进行分类，不同 分类方法可能产生重叠交叉。
1. 按照位置和成分分类 空位 填隙质点 杂质缺陷
1）空位： 正常结点没有被原子或离子所占据，成为
空结点，称为空位或空穴
M + X M + X
M + X M +
X
X M +