晶体缺陷的基本类型和特征

晶体缺陷的基本类型和特征

晶体缺陷是晶体中原子或离子位置的错误或不规则排列。基本类型和特征包括以下几种：

1. 点缺陷：点缺陷是晶体中原子或离子缺失、替代或插入所引起的缺陷。常见的点缺陷包括：空位缺陷（晶体中存在未被占据的空位）、插入缺陷（晶格中多余的原子或离子）、置换缺陷（晶体中某种原子或离子被其他种类的原子或离子替代）。

2. 线缺陷：线缺陷是沿晶体中某一方向的错误排列或不规则缺陷。常见的线缺陷包括：位错（晶体中原子排列错误引起的错位线）、螺旋位错（沿着晶格某个方向成螺旋形排列的错位线）。

3. 面缺陷：面缺陷是晶体中平面上原子排列错误或不规则的缺陷。常见的面缺陷包括：晶界（不同晶体颗粒的交界面）、层错（晶体中平行于某一层的错位面）。

4. 体缺陷：体缺陷是三维空间中晶体结构的错误或不规则排列。常见的体缺陷包括：空间格点缺陷（晶体晶格中存在未被占据的空间）、体间隙（晶体中原子或离子占据不规则的空间位置）。

每种缺陷类型都有其特定的物理和化学性质，对晶体的电学、光学、磁学等性质都有影响。因此，研究晶体缺陷对于理解晶体的结构和性质至关重要。

晶体学结构缺陷部分

引言 一晶体与晶格 晶体：由离子、原子或分子有规律地排列而成，即构成晶体的质点按一定规律排列着。质点在空间的分布具有周期性和对称性。 晶格：把晶体质点的中心，用直线联起来，构成一个空间格架，这种空间格架就是晶体格子，简称晶格。最小晶格单元称为晶胞。 1．1 缺陷的概念 晶体的特征：其中的原子或原子集团都是在有规律的排列（周期性），即不论沿晶体的哪个方向看去，总是相隔一定的距离就出现相同的原子或原子集团。 实际上，即使在0K，实际晶体中也不是所有的原子都严格地按照周期性排列的，因为晶体中存在着一些微小的区域，在这些区域中或穿过这些区域时，原子排列的周期性受到破坏，这样的区域便称为晶体缺陷。 1．2 晶体缺陷的种类 按照缺陷区相对于晶体的大小，可将晶体缺陷分为以下四类： （1）点缺陷—在任意方向上缺陷区的尺寸都远小于晶体或晶粒的线度的缺陷（0维缺陷）。例子：溶解于晶体中的杂质原子，晶体点阵结点上的原子进入点阵间隙时形成的空位和填隙原子等。 （2）线缺陷—在某一方向上缺陷区的尺寸可以与晶体或晶粒的线度相比拟的缺陷（一维缺陷）。例子：位错。 （3）面缺陷—在共面的各方向上缺陷区的尺寸可与晶体或晶粒的线度相比拟，而在穿过该面的任何方向上缺陷区的尺寸都远小于晶体或晶粒的线度的缺陷（二维缺陷）。例子：晶粒边界或层错面等。 （4）体缺陷—在任意方向上缺陷区的尺寸都可以与晶体或晶粒的线度相比拟的缺陷（三维缺陷）。例子：亚结构（镶嵌块）、沉淀相、空洞、气泡、层错四面体等。 1．3 缺陷的作用 缺陷浓度—缺陷总体积与晶体体积之比。 不论哪种缺陷，其浓度都是很低的，但是缺陷对晶体性质的影响却很大。 （1）力学性能

晶体中的缺陷与性质

晶体中的缺陷与性质 晶体是由原子、离子或分子有序排列形成的固体，晶体的缺陷是指晶体中的部 分或全部原子、离子或分子的有序排列存在错位、缺失或杂质等异常状态。晶体中的缺陷与性质密切相关，本文将就此展开阐述。 一、晶体缺陷分类 晶体的缺陷可以分为点、线和面缺陷，其中点缺陷包括点阴阳离子空位、氧空 位和间隙原子等；线缺陷包括错位、螺旋间隙和脆性断口等；面缺陷包括晶界、堆垛层错和晶面缺陷等。 二、晶体缺陷对性质的影响 1.点缺陷对性质的影响 一般来说，点缺陷在晶体中的浓度较高，因此其影响较为显著。点缺陷可以影 响晶体的形态、颜色和透明度，同时还能影响晶体的导电性、热性质和光学性质等。 以点阴阳离子空位为例，空位浓度较高时会导致导电性的改变，从而影响晶体 的热性质；而空位的存在也可导致铁氧体等材料的磁性发生变化，进而影响材料的磁学性质。 2.线缺陷对性质的影响 线缺陷的影响主要集中在材料的机械性质和热性质两方面。以错位为例，当晶 体中存在较多的错位时，会导致材料的韧性降低，从而影响其机械强度；而错位也可影响热传导，从而影响材料的热扩散性质。 3.面缺陷对性质的影响

面缺陷是晶体中最为丰富的缺陷类型，它们可以影响晶体的形态、结晶质量和 稳定性等多方面的性质。以晶界为例，晶界处的原子排列并不规则，容易导致原子的扩散和聚集，从而影响材料的物理化学性质。 三、晶体缺陷的形成原因 晶体缺陷的形成有多种原因，包括材料制备过程中的化学反应、熔融或液相晶 体生长等。在晶体生长过程中，如果晶体内部气体含量过高，就会导致原子排列异常，从而形成晶体缺陷。 此外，材料的加工过程也是晶体缺陷形成的重要原因之一。材料在加工过程中 受到的应力或温度变化等因素都会导致晶体的排列异常，从而形成不同类型的缺陷。 四、缺陷工程学 缺陷工程学是一门利用缺陷控制和设计方法来提高材料性质的学科。通过合理 的材料加工过程和晶体生长控制，可以有效地减少缺陷浓度，从而提高材料的性能。 在缺陷工程学中，常用的方法包括补偿掺杂、退火处理、材料再结晶等。这些 方法可以通过改变晶体中缺陷的类型、浓度和分布等，来实现对材料性质的精确控制。 五、总结 晶体中的缺陷与性质密切相关，缺陷类型的不同会导致材料性质的差异。了解 晶体中缺陷的形成原因和缺陷工程学方法，可以为材料设计和制备提供思路和方向。未来，通过对晶体缺陷的深入研究，可以进一步提高材料的性能和实现科技创新。

晶体缺陷

3.6 晶体缺陷 理想完美的晶体结构在实际晶体中并不存在，格点上的原子在一定的温度下总在其平衡位置附近振动，除此之外，实际晶体相对于理想的晶体周期结构的平衡位置还存在着偏离，如原子占位的错乱，这种偏离被称作晶体缺陷。晶体缺陷对晶体材料的物理、化学以及机械性能具有非常重要的影响。 晶体缺陷可以根据其特征进行分类，最常见的分类方法是把缺陷分成 (a) 点缺陷，包括空位、间隙原子、置换原子以及杂质原子和色心等; (b) 线缺陷，主要指各类位措; (c) 面缺陷，包括各种晶面、晶界、相界和畴界等; (d) 体缺陷，包括包裹物、夹杂及异相等。 以下就各类缺陷的结构特点进行详细叙述。 3.6.1点缺陷 点缺陷只涉及晶格中个别格点的缺陷，是固体中最简单的结构不完整性，在晶体中可以呈热力学平衡状态存在。1926年弗兰克尔（Frankel）为了解释离子晶体的导电现象而首先提出，其后也在阐明扩散机制等方面起了重要作用。本节将着重介绍点缺陷的种类、形成及研究方法等。 3.6.1.1空位 从晶体的周期结构点阵中的原子位置取走原子，则在周期点阵中就形成了一个空位缺陷，有时简称空位。如取走的原子移动到晶体表面所形成的空位叫肖脱基（Schottky）缺陷；当移动的原子进入晶格的间隙位置时，所留下的空位叫弗兰克尔（Frankel）缺陷，如图3.6-1所示。在离子型晶体中，为保持化学计量组成和电中性，常出现空位对（见图3.6-1）。晶体中的空位可能结合起来，形成空位对、三空位以及空位群。 图3.6-1 晶体中的空位，肖脱基缺陷、弗兰克尔缺陷以及空位对 晶体中出现空位后，将对晶体结构产生影响，如破坏晶体的周期点阵排列，使晶体体积增大

晶体缺陷

一、概述 1、晶体缺陷：晶体中原子（离子、分子）排列的不规则性及不完整性。种类：点缺陷、线缺陷、面缺陷。 1) 由上图可得随着缺陷数目的增加，金属的强度下降。原因是缺陷破坏了警惕的完整性，降低了原子间结合力，从宏观上看，即随缺陷数目增加，强度下降。 2) 随着缺陷数目的增加，金属的强度增加。原因是晶体缺陷相互作用（点缺陷钉扎位错、位错交割缠结等），使位错运动的阻力增加，强度增加。 3) 由此可见，强化金属的方向有两个：一是制备无缺陷的理想晶体，其强度最高，但实际上很难；另一种是制备缺陷数目多的晶体，例如：纳米晶体，非晶态晶体等。 二、点缺陷 3、点缺陷：缺陷尺寸在三维方向上都很小且与原子尺寸相当的缺陷（或者在结点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构正常排列的一种缺陷），称为点缺陷或零维缺陷。分类：空位、间隙原子、杂质原子、溶质原子。 4、肖特基空位：原子迁移到晶体表面或内表面正常结点位置使晶体内形成的空位。 5、弗仑克尔空位：原子离开平衡位置挤入点阵间隙形成数目相等的空位和间隙原子，该空位叫做弗仑克尔空位。 6、空位形成能EV：在晶体中取出一个原子放在晶体表面上（不改变晶体表面积和表面能）所需的能量。间隙原子形成能远大于空位形成能，所以间隙原子浓度远小于空位浓度。 7、点缺陷为热平衡缺陷，淬火、冷变形加工、高能粒子辐照可得到过饱和点缺陷。 8、复合：间隙原子和空位相遇，间隙原子占据空位导致两者同时消失，此过程成为复合。 9、点缺陷对性能的影响：点缺陷使得金属的电阻增加，体积膨胀，密度减小；使离子晶体的导电性改善。过饱和点缺陷，如淬火空位、辐照缺陷，还可以提高金属的屈服强度。 三、线缺陷 10、线缺陷：线缺陷在两个方向上尺寸很小，另外一个方向上延伸较长，也称为一维缺陷。主要为各类位错。 11、位错：位错是晶体原子排列的一种特殊组态；位错是晶体的一部分沿一定晶面与晶向发生某种有规律的错排现象；位错是已滑移区和未滑移区的分界线；位错是伯氏矢量不为零的晶体缺陷。分类：刃位错、螺位错、混合型位错。 12、刃型位错特点：a) 刃型位错有一个多余半原子面。正刃型位错和负刃型位错只有相对意义，无本质区别。 b) 位错线不一定为直线，但滑移面必定是位错线和滑移矢量确定的平面，滑移面唯一。 c) 刃型位错周围点阵发生弹性畸变，既有切应变，又有正应变。能引起材料体积变化。 d) 刃型位错位错线垂直于柏氏矢量，垂直于滑移方向，垂直于滑移矢量。位错线移动方向平行于晶体滑移方向。 e) 刃型位错属于线缺陷，位错线可以理解为晶体中已滑移区与未滑移区的边界线。 f) 刃型位错位错线不能终止于晶体内部，只能露头晶体表面或晶界。 13、螺型位错特点： a) 螺型位错无额外半个原子面，原子错排是呈轴对称的。右螺型位错和左螺型位错有本质区别。 b) 螺型位错线一定是直线，但滑移面不唯一，凡是包含螺型位错线的（原子密排）平面都可以作为他的滑移面。 c) 螺型位错周围点阵发生弹性畸变，只有平行于位错线的切应变，没有正应变。不会引起材料体积变化。 d) 螺型位错位错线平行于柏氏矢量，平行于滑移方向，平行于滑移矢量，位错线的移动方向垂直于晶体滑移方向。 e) 刃型位错属于线缺陷，位错线可以理解为晶体中已滑移区与未滑移区的边界线。 f) 螺型位错位错线不能终止于晶体内部，只能露头晶体表面或晶界。 14、混合型位错：滑移矢量既不平行也不垂直于位错线，而与位错线相交成任意角度，这种位错称为混合位错。特点：a) 混合型位错位错线既不平行也不垂直于滑移矢量，每一段混合型位错均包含刃型位错分量和螺型位错分量（可以有纯刃型位错环，没有纯螺型位错环）。 b) 混合型位错是已滑移区和未滑移区的分界线。 c) 混合型位错位错线不能终止于晶体内部，只能露头晶体表面或晶界。 15、柏氏矢量的确定： 1) 首先选定位错线的正向，一般选择出纸面方向为正向。 2) 在实际晶体中，从任一原子出发，围绕位错（避开位错线附近的严重畸变区）以一定的步数作一右旋闭合回路MNOPQ(称为柏氏回路）。 3) 在完整晶体中按同样的方向和步数作相同的回路，该回路并不封闭，由终点Q向起点M引一矢量b，使该回路闭合，这个矢量b就是实际晶体中位错的柏氏矢量。 16、右手法则：右手的拇指、食指、中指构成直角

晶体缺陷

晶体缺陷总结 1.晶体缺陷的定义和分类 1.1 晶体缺陷的定义 原子绝对按照晶格的周期性排列的晶体是不存在的，实际晶体中或多或少都存在缺陷。 1.2 晶体缺陷的分类 1.2.1、按缺陷的几何形态分类可分为四类：点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。 1.点缺陷（零维缺陷）：晶格中的填隙原子、空位、俘获电子的空穴、杂质原子等，称 为点缺陷。这些缺陷约占一个原子的尺寸，引起晶格周期性在一到几个原胞内发生紊乱。 包括：（1）福伦克尔缺陷 ：正常格点上的原子，无时无刻不在作围绕平衡点的振动。由于存在热运动的涨落，涨幅大的原子就会摆脱平衡位置而进入原子间隙位置。这种有一个正常原子同时产生一个间隙原子和一个空位的缺陷称为福伦克尔缺陷。 弗伦克尔缺陷的特点是空位和填隙原子同时出现，晶体体积不发生变化，晶 体不会因为出现空位而产生密度变化。 空位＋填隙原子： （2）肖特基缺陷： 某格点上的原子，由于热运动的涨落，某时刻他的涨幅会变得很大，会将最近邻的原子挤跑，而自己占据这一最近邻的格点，而被他挤跑的一个原子依次如此。晶体内这种不伴随填隙原子产生的空位，成为肖特基缺陷。 肖特基缺陷的特点是晶体表面增加了新的原子层，晶体内部只有空位缺陷，且晶体体积膨胀，密度下降。（空位+表面原子） （3）替位式杂质原子： 在晶体的生长、半导体材料及电子陶瓷材料制备中，常常有目的的加入一些杂质原子，让其形成替位式杂质。 （4） 色心： 能吸收光的点缺陷称为色心。（莫罗定律） 点缺陷对材料性能的一般影响： （1）原因：无论哪种点缺陷的存在，都会使其附近的原子稍微偏离原结点位置才能平衡，即造成小区域的晶格畸变。 （2）效果：改变材料的电阻。（电阻来源于离子对传导电子的散射。在完整晶体中，电子基本上是在均匀电场中运动，而在有缺陷的晶体中，在缺陷区点阵的周期性被破坏，电场急剧变化，因而对电子产生强烈散射，导致晶体的电阻率增大。）；加快原子的扩散迁移。形成其他晶体缺陷；由于形成点缺陷需向晶 体提供附加的能量，因而引起附加比热容；点缺陷还影响其它物理性质：如扩

材料科学 晶体缺陷

§5 晶体缺陷 晶体中原子（或分子、离子）在三维空间中的周期性规则排列仅仅是一种理想情况，实际晶体中的情况则不尽然。由于晶体的生长条件、原子的热运动以及材料加工过程中各种因素的影响，使原子排列不可能那样规则和完善，往往存在着偏离理想结构的区域，从而形成晶体缺陷。研究表明，形成晶体缺陷的这些区域，其中的某些原子虽然失去了与周围原子之间的正常的相邻关系，但仍然受到原子键合力的约束，其排列并不是杂乱无章的。因此，晶体是以一定的形态存在，按一定的规律产生、发展和运动，并对晶体的物理和化学性能产生重要影响。 根据晶体中缺陷的几何特征，可分为： 点缺陷(0维)：空间尺寸很小，相当于原子数量级，如空位、间隙原子等； 线缺陷(一维)：在两个方向上小但在另一个方向上尺寸大，如各种位错； 面缺陷(二维)：在一个方向上小但在另两个方向上尺寸大，如晶界、相界等。 5.1 点缺陷 晶体缺陷的尺寸在三维方向上均处于原子数量级，为点缺陷。 点缺陷产生原因：原子热振动、高温淬火、冷加工、辐照等。 点缺陷类型结构：空位、间隙原子、置换原子 肖脱基(Schottky)空位：脱离平衡位置的原子移动到晶体表面； 弗兰克尔(Frankel)空位：脱离平衡位置的原子移动到晶体点阵的间隙中。

图2.13 点缺陷示意图 a) 空位；b) 间隙原子；c) 异质间隙原子； d) 异质置换原子（原子半径小）；e) 异质置换原子（原子半径大） 图2.14 空位聚集成为空位片 a) 孤立的空位；b) 聚集成片的空位片 图2.15 化合物离子晶体中两种常见的点缺陷 点缺陷形成能：由于空位或者间隙原子的存在而使点阵产生畸变，晶体内能升高，增加的能量称为点缺陷形成能。常见金属中，间隙原子形成能比空位形成能大几倍。 点缺陷平衡浓度：热力学分析表明，在绝对零度以上的任何温度，晶体中含

材料物理化学-第四章 晶体的点缺陷与线缺陷

第四章晶体结构缺陷 晶体缺陷的产生与晶体的生长条件，晶体中原子的热运动以及对晶体的加工工艺等有关。事实上，任何晶体即使在绝对零度都含有缺陷，自然界中理想晶体是不存在的。既然存在着对称性的缺陷，平移操作不能复制全部格点，那么空间点阵的概念似乎不能用到含有缺陷的晶体中，亦即晶体理论的基石不再牢固。 但缺陷的存在只是晶体中局部的破坏。作为一种统计，一种近似，一种几何模型，缺陷存在的比例毕竟只是一个很小的量(这指的是通常的情况），从占有原子百分数来说，晶体中的缺陷在数量上是微不足道的。 因此，整体上看，可以认为一般晶体是近乎完整的。因而对于实际晶体中存在的缺陷可以用确切的几何图形来描述，这一点非常重要。它是我们今后讨论缺陷形态的基本出发点。事实上，把晶体看成近乎完整的并不是一种凭空的假设，大量的实验事实（X射线及电子衍射实验提供了足够的实验证据）都支持这种近乎理想的对称性。 当然不能否认，当缺陷比例过高以致于这种“完整性”无论从实验或从理论 上都不复存在时，此时的固体便不能用空间点阵来描述，也不能被称之为晶体。这便是材料中的另一大类别：非晶态固体。 对非晶固体和晶体，无论在原子结构理论上或是材料学家对它们完美性追求的哲学思想上都存在着很大差异，有兴趣的同学可以对此作进一步的理解。 缺陷是晶体理论中最重要的内容之一。晶体的生长、性能以及加工等无一不与缺陷紧密相关。因为正是这千分之一、万分之一的缺陷，对晶体的性能产生了不容小视的作用。这种影响无论在微观或宏观上都具有相当的重要性。 4.1热力学平衡态点缺陷 4.1.1 热缺陷的基本类型 点缺陷形成的热力学平衡

当晶体的温度高于绝对零度时，晶格内原子吸收能量，在其平衡位置附近 温度越高，热振动幅度加大，原子的平均动能随之增加。热振动的原子在某一瞬间可以获得较大的能量，挣脱周围质点的作用，离开平衡位置，进入到晶格内的其它位置，而在原来的平衡格点位置上留下空位。这种由于晶体内部质点热运动而形成的缺陷称为热缺陷。 按照离开平衡位置原子进入晶格内的不同位置，热缺陷以此分为二类： 弗伦克尔缺陷（Frenkel） 离开平衡位置的原子进入晶格的间隙位置，晶体中形成了弗伦克尔缺陷。弗伦克尔缺陷的特点是空位和间隙原子同时出现，晶体体积不发生变化，晶体不会因为出现空位而产生密度变化。 肖特基缺陷（Schottky）（Schottky缺陷成对产生的） 离开平衡位置的原子迁移至晶体表面的正常格点位置，而晶体内仅留有空位，晶体中形成了肖特基缺陷。晶体表面增加了新的原子层，晶体内部只有空位缺陷。肖特基缺陷的特点晶体体积膨胀，密度下降。 4.1.2 平衡态热缺陷浓度 MX二元离子晶体的Schottky缺陷，热缺陷浓度计算为：c n N －W exp( s 2k T B ) c 费仑克尔缺陷的成对出现的，热缺陷浓度计算为： n N －W exp( F 2k T B ) ⑴热缺陷浓度随温度升高呈指数增加，随生成能升高而降低。 当W=8ev时，C（T=1800℃）=百分之几，C（T=100℃）=1/1054 ⑵生成能影响缺陷种类 ①在一般金属中，间隙原子比空位的形成能大，所以空位浓度比间隙质子浓度大。 ②在离子化合物中，缺陷形成能的大小因结构而异。见P117 表4.1 ③缺陷生成能的准确测定较为困难。

晶体中的缺陷

晶体中的缺陷及其对材料性能的影响 前言 晶体的主要特征是其中原子（或分子）的规则排列，但实际晶体中的原子排列会由于各种原因或多或少地偏离严格的周期性，于是就形成了晶体的缺陷，晶体中缺陷的种类很多，它影响着晶体的力学、热学、电学、光学等各方面的性质。晶体的缺陷表征对晶体 理想的周期结构的任何形式的偏离。 晶体缺陷的存在，破坏了完美晶体的有序性，引起晶体内能U和熵S增加。按缺陷在空间的几何构型可将缺陷分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷，它们分别取决于缺陷的延伸范围是零维、一维、二维还是三维来近似描述。每一类缺陷都会对晶体的性能产生很大影响，例如点缺陷会影响晶体的电学、光学和机械性能，线缺陷会严重影响晶体的强度、电性能等。 一、晶体缺陷的基本类型 点缺陷 1、点缺陷定义 由于晶体中出现填隙原子和杂质原子等等，它们引起晶格周期性的破坏发生在一个或几个晶格常数的限度范围内，这类缺陷统称为点缺陷。这些空位和填隙原子是由热起伏原因所产生的，因此又称为热缺陷。

2、空位、填隙原子和杂质 空位：晶体内部的空格点就是空位。由于晶体中原子热运动，某些原子振动剧烈而脱离格点跑到表面上，在内部留下了空格点，即空位。 填隙原子：由于晶体中原子的热运动，某些原子振动剧烈而脱离格点进入晶格中的间隙位置，形成了填隙原子。即位于理想晶体中间隙中的原子。 杂质原子：杂质原子是理想晶体中出现的异类原子。 3、几种点缺陷的类型 弗仑克尔缺陷：原子（或离子）在格点平衡位置附近振动，由于非线性的影响，使得当粒子能量大到某一程度时，原子就会脱离格点，而到达邻近的原子空隙中，当它失去多余动能后，就会被束缚在那里，这样产生一个暂时的空位和一个暂时的填隙原子，当又经过一段时间后，填隙原子会与空位相遇，并同空位复合；也有可能跳到较远的间隙中去。若晶体中的空位与填隙原子的数目相等，这样的热缺陷称为弗仑克尔缺陷。 肖特基缺陷：空位和填隙原子可以成对地产生(弗仑克尔缺陷），也可以在晶体内单独产生。若脱离格点的原子变成填隙原子，经过扩散跑到晶体表面占据正

晶体缺陷的三种形式

晶体缺陷的三种形式 晶体缺陷（crystal defects）是指晶体内部结构完整性受到破坏的所在位置。按其延展程度可分成点缺陷、线缺陷和面缺陷。 在理想完整的晶体中，原子按一定的次序严格地处在空间有规则的、周期性的格点上。但在实际的晶体中，由于晶体形成条件、原子的热运动及其它条件的影响，原子的排列不可能那样完整和规则，往往存在偏离了理想晶体结构的区域。这些与完整周期性点阵结构的偏离就是晶体中的缺陷，它破坏了晶体的对称性。 晶体结构中质点排列的某种不规则性或不完善性。又称晶格缺陷。表现为晶体结构中局部范围内，质点的排布偏离周期性重复的空间格子规律而出现错乱的现象。根据错乱排列的展布范围,分为下列3种主要类型。 ①点缺陷，只涉及到大约一个原子大小范围的晶格缺陷。它包括:晶格位置上缺失正常应有的质点而造成的空位;由于额外的质点充填晶格空隙而产生的填隙；由杂质成分的质点替代了晶格中固有成分质点的位置而引起的替位等（图1）。在类质同象混晶中替位是一种普遍存在的晶格缺陷。

图1 ②线缺陷—位错位错的概念1934年由泰勒提出到1950年才被实验所实具有位错的晶体结构，可看成是局部晶格沿一定的原子面发生晶格的滑移的产物。滑移不贯穿整个晶格，晶体缺陷到晶格内部即终止，在已滑移部分和未滑移部分晶格的分界处造成质点的错乱排列，即位错。这个分界外，即已滑移区和未滑移区的交线，称为位错线。位错有两种基本类型：位错线与滑移方向垂直，称刃位错，也称棱位错；位错线与滑移方向平行，则称螺旋位错。刃位错恰似在滑移面一侧的晶格中额外多了半个插入的原子面，后者在位错线处终止（图2）。螺旋位错在相对滑移的两部分晶格间产生一个台阶，但此台阶到位错线处即告终止，整个面网并未完全错断，致使原来相互平行的一组面网连成了恰似由单个面网所构成的螺旋面。

晶体缺陷类型

晶体缺陷类型 晶体缺陷是指晶体中存在的原子或离子排列不规则或异常的现象。晶体缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三种类型。 一、点缺陷 点缺陷是晶体中原子或离子位置的局部不规则，主要包括空位、间隙原子和杂质原子。 1. 空位 空位是指晶体中原子或离子在其晶体格点上的位置空缺。晶体中的空位可以通过热处理、辐射或化学反应形成。空位的存在会降低晶体的密度和电子迁移率，影响材料的性能。 2. 间隙原子 间隙原子是指晶体中原子或离子占据晶体格点之间的空隙位置。间隙原子的存在会导致晶体的畸变和疏松，影响材料的机械性能和导电性能。 3. 杂质原子 杂质原子是指晶体中非本原子或离子替代晶体中的原子或离子。杂质原子的存在会改变晶体的导电性、光学性质和热稳定性。常见的杂质原子有掺杂剂、杂质原子和缺陷聚集体。 二、线缺陷

线缺陷是晶体中原子或离子排列沿着一条线或曲线出现的不规则现象，主要包括位错和螺旋线缺陷。 1. 位错 位错是晶体中原子或离子排列的一种不规则现象，可以看作是晶体中某一面上原子排列与理想晶体的对应面上的原子排列不匹配。位错的存在会导致晶体的畸变和塑性变形，影响材料的力学性能。2. 螺旋线缺陷 螺旋线缺陷是晶体中原子或离子排列呈螺旋状的一种不规则现象。螺旋线缺陷的存在会导致晶体的扭曲和磁性变化，影响材料的磁学性能。 三、面缺陷 面缺陷是晶体中原子或离子排列在一定平面上不规则的现象，主要包括晶界和堆垛层错。 1. 晶界 晶界是晶体中两个晶粒之间的交界面，是晶体中最常见的面缺陷。晶界的存在会影响晶体的力学性能、导电性能和晶体的稳定性。2. 堆垛层错 堆垛层错是晶体中原子或离子排列在某一平面上的堆垛出现错误的现象。堆垛层错的存在会导致晶体的畸变和位错密度增加，影响材料的机械性能和热稳定性。

晶格的缺陷

晶格的缺陷 晶格的缺陷是指晶体结构中存在的各种不完美或异常的位置或排列。这些缺陷对晶体的物理、化学性质以及材料的性能都会产生重要影响。本文将从点缺陷、线缺陷和面缺陷三个方面，介绍晶格缺陷的种类、产生原因以及对材料性能的影响。 一、点缺陷 1. 点缺陷是指晶体中原子或离子的位置发生变化或缺失。常见的点缺陷有原子间隙、空位、间隙原子、杂质原子等。 2. 原子间隙是指晶体中存在的原子无法占据的空间，通常是由于晶格结构的不完美而形成。原子间隙的存在会导致晶体的密度降低，同时对电子和热的传导产生影响。 3. 空位是指晶体中原子位置上缺失了一个原子。空位会导致晶格的局部变形，降低晶体的机械强度和热稳定性。 4. 间隙原子是指晶体中存在的非晶体或空气中的原子进入了晶体中的间隙位置。间隙原子的存在会改变晶体的电子结构和热导率。 5. 杂质原子是指晶体中存在的与晶格原子不同种类的原子。杂质原子的加入会改变晶体的导电性、磁性以及光学性质。 二、线缺陷 1. 线缺陷是指晶体结构中存在的一维缺陷，通常是晶体中原子排列发生错位或缺失。 2. 赝位错是指晶体中两个晶格面之间的原子排列发生错位，即晶体

中的原子位置发生了偏移。赝位错会导致晶体的机械强度下降，同时也会引起晶体的局部形变。 3. 堆垛错是指晶体中两个晶格面之间的原子排列发生缺失或添加。堆垛错会导致晶体局部的结构畸变，进而影响晶体的热稳定性和电子传导性能。 4. 螺错是指晶体中原子排列沿晶体的某一方向发生了扭曲，形成了一种螺旋形的缺陷。螺错会导致晶体的机械强度下降，同时也会引起晶体的局部形变。 三、面缺陷 1. 面缺陷是指晶体结构中存在的二维缺陷，通常是晶格面的错位、缺失或添加。 2. 晶界是指晶体中两个晶粒之间的界面。晶界是晶体中最常见的面缺陷，其形成原因包括晶体生长过程中的结晶不完全以及晶体在变形过程中的再结晶。晶界会对晶体的力学性能、电学性能以及化学反应产生显著影响。 3. 双晶是指晶体中存在两个晶界的结构。双晶是晶体中一种特殊的面缺陷，其存在会导致晶体的形变集中和应力集中，从而降低晶体的机械性能。 4. 双晶界是指晶体中两个晶粒界面上的原子排列存在错位。双晶界的存在会导致晶体的局部结构畸变，从而影响晶体的机械性能和电学性能。

实际晶体缺陷类型及其特征

学校代码： 10128 学号： ************科研训练报告 题目：实际晶体中的缺陷分类及 其特征 ****：*** 学院：理学院 班级：电科10-1 指导教师：哈斯花 2013年9 月9 日

一、国内外研究进展及研究意义 1.1 国内外研究现状和发展动态 20世纪初，X射线衍射方法的应用为金属研究开辟了新天地，使我们的认识深入到原子的水平；到30年代中期，泰勒与伯格斯等奠定了晶体位错理论的基础；50年代以后，电子显微镜的使用将显微组织和晶体结构之间的空白区域填补了起来，成为研究晶体缺陷和探明金属实际结构的主要手段，位错得到有力的实验观测证实；随即开展了大量的研究工作，澄清了金属塑性形变的微观机制和强化效应的物理本质。 1.2 研究意义 在晶体的生长及形成过程中，由于温度、压力、介质组分浓度等外界环境中各种复杂因素变化及质点热运动或受应力作用等其他条件的不同程度的影响会使粒子的排列并不完整和规则，可能存在空位、间隙粒子、位错、镶嵌结构等而偏离完整周期性点阵结构，形成偏离理想晶体结构的区域，我们称这样的区域为晶体缺陷，它们可以在晶格内迁移，以至消失，同时也可产生新的晶体缺陷。本文就晶体中所存在的各类缺陷做了详细说明，并且重点介绍了各类缺陷的成因及其特征。 1.3 主要参考文献 [1] 黄昆原著,韩汝琦固体物理学[M] 出版社:高等教育出版社ISBN:9787040010251 [2] 百度文库晶体缺陷https://www.docsj.com/doc/e119027352.html,/view/5728eb134431b90d6c85c730.html 二、研究内容及方案 2.1 研究内容 按照晶体缺陷的几何形态以及相对于晶体的尺寸，或其影响范围的大小，可将其分为以下几类： 1.点缺陷(point defects) 其特征是三个方向的尺寸都很小，不超过几个原子间距。如：空位(vacancy)、间隙原子(interstitial atom)和置换原子(substitutional atom)。除此以外，还有空位，间隙原子以及这几类缺陷的复合体等均属于这一类。这里所说的间隙原子是指应占据正常阵点的原子跑到点阵间隙中。 2.线缺陷（linear defects) 其特征是缺陷在两个方向上尺寸很小（与点缺陷相似），而第三方向上的尺寸却很大，甚者可以贯穿整个晶体，属于这一类的主要是位错(dislocation)。 3.面缺陷(interfacial defects) 其特征是缺陷在一个方向上的尺寸很小（同点缺陷），而其余两个方向上的尺寸很大。晶体的外表面(external surfaces)及各种内界面如：一般晶界(grain boundaries)、孪晶界(twin boundaries)、亚晶界

化学物质的晶体缺陷

化学物质的晶体缺陷 晶体是由具有有序排列的原子、离子或分子所构成的，具有高度有 规律性的结构。然而，在晶体中，可能会存在一些缺陷，这些缺陷会 对晶体的性质和应用产生重要影响。本文将探讨化学物质晶体的缺陷 种类、形成原因以及对晶体性质的影响。 一、点缺陷 点缺陷是晶体中最简单的缺陷类型，它是晶体中某个晶胞中原子、 离子或分子的缺失或替代引起的。点缺陷包括空位、间隙原子、替代 原子和杂质原子等。 1. 空位：晶体中原子、离子或分子离开的位置称为空位。空位的存 在可以导致原子的扩散行为和晶体的松散结构。 2. 间隙原子：晶体中的间隙原子是过渡金属晶体中的一种常见缺陷，它占据了晶体原子间的间隙位置，导致晶体具有非整数的化学式。 3. 替代原子：当其他原子取代晶胞内的某个位置时，就会产生替代 原子缺陷。替代原子的尺寸和电性与原晶体原子不同，从而改变了晶 体的性质。 4. 杂质原子：来自于其他元素的原子进入晶体的替代位置或间隙位置，称为杂质原子。杂质原子可能引起晶格畸变、电子能级变化和良 好的半导体特性的改变。 二、面缺陷

面缺陷是指晶体中存在的附着在晶体面上，或在晶格平面内的缺陷。面缺陷种类包括层错、界面和晶界缺陷等。 1. 层错：晶体中由于某些晶胞的错位而形成的平行于晶体表面的面 错位称为层错。层错会导致晶体内部的应力集中和晶体强度的降低。 2. 界面：不同晶体的晶界接触处形成的缺陷称为界面缺陷。界面缺 陷会对晶体的光学、电学和磁学性质产生显著影响。 3. 晶界缺陷：晶界是晶体中两个晶粒之间的界面，晶体生长过程中，阻止晶格错配的晶粒之间形成晶界缺陷。晶界缺陷对晶体的力学性质 和电学性质具有重要影响。 三、体缺陷 体缺陷是指分布在晶体体积内部的缺陷，包括两种类型：体积缺陷 和空间位错。 1. 体积缺陷：晶体中通过一处或多处晶胞形成的体积缺陷，包括晶 胞的增大、缩小和变形等。体积缺陷可以降低晶体的密度，并产生激 活晶体的热稳定性。 2. 空间位错：晶体中的空间位错是由于晶胞中原子的增加或减少而 引起的，产生了晶胞间的错位。这种错位会影响晶体的机械性能和导 电性。 晶体缺陷的形成原因

晶体中的缺陷

第五章晶体中的缺陷 第五章要求 1掌握晶体缺陷的基本类型; 2能用热缺陷统计理论计算晶体中热缺陷的数目; 3熟悉缺陷扩散的两种微观机制,清楚为什么杂质的扩散系数大于晶体的自扩散系数; 4了解离子晶体点缺陷的特点以及导电机理. 晶体的主要特征是其中原子（或分子）的规则排列，但实际晶体中的原子排列会由于各种原因或多或少地偏离严格的周期性，于是就形成了晶体的缺陷，晶体中缺陷的种类很多，它影响着晶体的力学、热学、电学、光学等各方面的性质。晶体的缺陷表征对晶体 理想的周期结构的任何形式的偏离。 第一节晶体缺陷的基本类型 晶体缺陷的存在，破坏了完美晶体的有序性，引起晶体内能U和熵S增加。按缺陷在空间的几何构型可将缺陷分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷，它们分别取决于缺陷的延伸范围是零维、一维、二维还是三维来近似描述。每一类缺陷都会对晶体的性能产生很大影响，例如点缺陷会影响晶体的电学、光学和机械性能，线缺陷会严重影响晶体的强度、电性能等。

一、点缺陷 1、点缺陷定义 由于晶体中出现填隙原子和杂质原子等等，它们引起晶格周期性的破坏发生在一个或几个晶格常数的限度范围内，这类缺陷统称为点缺陷。这些空位和填隙原子是由热起伏原因所产生的，因此又称为热缺 陷。 2、空位、填隙原子和杂质 ■空位：晶体内部的空格点就是空位。由于晶体中原子热运动，某些原子振动剧烈而脱离格点跑到表面上，在内部留下了空格 点，即空位。 ■填隙原子：由于晶体中原子的热运动，某些原子振动剧烈而脱离格点进入晶格中的间隙位置，形成了填隙原子。即位于理想晶体中间隙中的原子。 ■杂质原子：杂质原子是理想晶体中出现的异类原子。 3、几种点缺陷的类型 ■弗仑克尔缺陷：原子（或离子）在格点平衡位置附近振动，由于非线性的影响，使得当粒子能量大到某一程度时，原子就 会脱离格点，而到达邻近的原子空隙中，当它失去多余动能后，

晶体缺陷知识点

晶体缺陷知识点 晶体缺陷是固体材料中晶格出现的非理想性质，通常由于外界因素 或内部原子位置错配引起。晶体缺陷可以对材料的性质和行为产生显 著影响，因此对晶体缺陷的认识和理解对于材料科学和工程领域至关 重要。本文将主要介绍晶体缺陷的类别、产生原因以及对材料性能的 影响等相关知识点。 一、点缺陷 点缺陷是晶体中最常见的缺陷之一，它包括空位、附加原子和原子 间隙等。空位是晶体中原子缺失的位置，它可能由于热振动、离子辐 照或经历一系列化学反应等因素而形成。附加原子是晶体中多余的原子，它可以是来自杂质或外界加入的额外原子。原子间隙是晶体中原 子之间的间隙空间，它的存在会导致晶体结构的变形和变化。 二、线缺陷 线缺陷是晶体中延伸成线状的缺陷，包括位错和螺旋排列。位错是 晶体中原子错位或排列不当导致的线性缺陷，它可以通过晶体的滑移 和或扩散过程产生。螺旋排列是沿晶体某个轴线方向发生的原子错位，在某些晶体材料中常见。 三、面缺陷 面缺陷是晶体中存在的平面或界面缺陷，包括晶界、层错和孪晶等。晶界是晶体中两个晶粒的交界面，它由于晶体生长或晶体结构不匹配 引起。层错是晶体中原子层次错位排列的缺陷，通常发生在层状晶体

结构中。孪晶是晶体中两个晶粒具有相同的晶格方向但是镜像对称的 缺陷。 四、体缺陷 体缺陷是晶体中三维空间内存在的缺陷，主要包括孔洞和包裹物。 孔洞是晶体中的空隙空间，可以影响晶体的密度和物理性质。包裹物 是晶体中包裹其他原子或分子的空间，它可以是点状、线状或面状。 晶体缺陷的产生原因多种多样，包括热力学因素、机械应力和外部 影响等。温度和压力的变化可以导致晶体中原子位置发生偏移或畸变，进而产生缺陷。机械应力也可以引起晶体的位错和断裂等缺陷。此外，电磁辐射、化学环境和放射性衰变等因素也会影响晶体的结构和缺陷 形成。 晶体缺陷对材料的性能和行为产生重要影响。例如，点缺陷的存在 可以改变材料的电导率、热导率和光学性能。线缺陷和面缺陷可以导 致晶体的强度和塑性发生变化，并影响晶体的断裂行为。体缺陷可能 导致晶体的密度和孔隙度发生变化，进而影响其力学性能和热学性质。 综上所述，晶体缺陷是固体材料中不可避免的非理想性质，其产生 原因复杂多样。了解晶体缺陷的类别、形成原因以及对材料性能的影响，对于材料科学和工程具有重要意义。在实际材料设计和制备过程中，我们可以通过调控晶体缺陷来改变材料的性能，实现材料的优化 和应用。

晶体缺陷和材料性能

晶体缺陷和材料性能 晶体缺陷是一种常见的材料学现象，它能够影响材料的力学、 电学、热学等性能。在材料科学中，深入了解晶体缺陷对材料性 能的影响是非常重要的。本文将介绍晶体缺陷的种类和其影响力学、电学、热学性能的机制。 一、晶体缺陷的种类 晶体缺陷通常可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三种： 1.点缺陷：最简单的点缺陷是晶格中离子交换，如阴离子被阳 离子占据。空穴和插入的离子也属于点缺陷。空穴是空出一个或 多个原子位置的缺陷，它们造成晶体中电子和磁性的变化。插入 的离子是不同元素的原子，它们插入到晶体中取代其它原子位置。 2.线缺陷：线缺陷是晶格中的一条线，它与晶体中其它原子排 列方式不同。位错是最常见的线缺陷。每个位错都是从一个或多 个失配的原子重叠开始，其结果会改变晶体的物理特性。

3.面缺陷：面缺陷是晶体表面的缺陷，如晶界和小角度晶界。晶界是两个或多个晶体的边界，它们对材料的物理和化学性质有很大影响。小角度晶界也是晶界，它是两个晶体在晶界处缓慢旋转而形成的。由于晶界存在，会导致晶体的力学和电学性质发生改变。 二、晶体缺陷对材料性能的影响 晶体缺陷能够影响材料的力学、电学、热学等性能。下面将介绍晶体缺陷对各种性能的影响机制： 1.力学性能：晶体缺陷会影响材料的塑性、强度和韧性等机械性能。在弹性形变的情况下，位错和其他线缺陷产生的内应力可以改变晶体的力学性质。当材料受到应力时，点缺陷会导致晶体内部出现位移和形变。靠近晶体表面的缺陷，比如晶界和表面缺陷，可以作为裂纹的萌芽点，从而引起材料的断裂。 2.电学性能：电学性能是指材料的导电性、电阻率等性质。晶体缺陷可以对材料的电学性能产生显著影响。二硫化钼（MoS2）是一种典型的半导体，在晶体中的点缺陷和线缺陷会导致其导电

第三章晶体缺陷

第三部分晶体缺陷 概述：晶体缺陷即实际晶体偏离理想晶体结构的情况；根据其几何特征可分为点缺陷、线缺陷、和面缺陷三类。了解晶体缺陷有利于分析和研究对结构敏感的性能的变化规律。相变、扩散、塑性变形、再结晶及氧化、烧结等现象对探索晶体材料中的奥秘和推动材料科学的发展起着重要的作用。 第一节点缺陷 点缺陷指在三维空间的各个方向尺寸都很小，约为一个或几个原子尺寸，包括空位、间隙原子、杂质或溶质原子。 1.点缺陷的形成 肖特基缺陷：离开平衡位置的原子迁移到晶体表面或内表面的正常结点位置而留下的空位； 弗仑克尔缺陷：离开平衡位置的原子挤入点阵的间隙位置，而在晶体中同时形成数目相等的空位和间隙原子。 空位的形成能（Ev）：在晶体内取出一个原子放在晶体表面上（但不改变晶体表面的表面积和表面能）所需要的能量。 热平衡点缺陷：由于热起伏促使原子脱离阵点位置而形成的缺陷。 过饱和点缺陷：晶体中点缺陷浓度超过点缺陷平衡浓度。 过饱和点缺陷获得的方式：☆ Ⅰ高温淬火Ⅱ冷变形加工（塑性变形）Ⅲ高能离子辐照

离子晶体中的缺陷： 电荷缺陷：由于电子转移而使晶体内电场发生变化，引起周围势场的畸变，造成晶体的不完整性。 Vch色心：电子空穴被束缚在正离子空位上形成的缺陷（呈正电性，用P表示）；Fch色心：自由电子被束缚在负离子空位上而形成的缺陷（呈负电性，可用N表示）。 点缺陷存在的原因：热起伏或能量起伏，因此说点缺陷是热力学上稳定的缺陷。☆ 2.点缺陷的平衡浓度☆ 点缺陷的平衡浓度的计算： ：点缺陷的形成能 点缺陷平衡浓度公式的导出： 由热力学原理可知：在恒温下，系统的自由能满足：F=U-TS S：总熵值，包括组态熵Sc和振动熵Sf 设由N个原子组成的晶体中含有n个空位，若形成一个空位所需的能量为Ev，则晶体中含有n个空位时，内能的增加为△U=nEv,组态熵变为△Sc，振动熵变为n△Sf,则自由能变为：