非化学计量比化合物的合成精选文档.ppt

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1、非化学计量比化合物的合成非化学计量比化合物的合成本讲稿第一页，共十二页引引 言言n n化学计量比和非化学计量比的化合物都是普遍存在的。更化学计量比和非化学计量比的化合物都是普遍存在的。更确切地说，非化学计量比化合物的存在是更为普遍的现象。确切地说，非化学计量比化合物的存在是更为普遍的现象。n n非化学计量比化合物越来越显示出它的重目的理论意义和实非化学计量比化合物越来越显示出它的重目的理论意义和实用价值。用价值。n n由于各种缺陷的存在，往往给材料带来了许多特殊的光、电、由于各种缺陷的存在，往往给材料带来了许多特殊的光、电、声、磁、力和热性质，使它们成为很好的功能材料。声、磁、力和热性质，使它

2、们成为很好的功能材料。n n氧化物陶瓷高温超导体的出现就是一个极好的例证氧化物陶瓷高温超导体的出现就是一个极好的例证n n人们认为非化学计量比是结构敏感性能的根源。人们认为非化学计量比是结构敏感性能的根源。本讲稿第二页，共十二页从两个方面加以规定：从两个方面加以规定：n n纯碎化学的定义所规定的非化学计量比化合物，是指纯碎化学的定义所规定的非化学计量比化合物，是指用化学分析、用化学分析、x x射线衍射分析和平衡蒸气压测定等手段射线衍射分析和平衡蒸气压测定等手段能够确定其组成偏离整比的均一的物相，如能够确定其组成偏离整比的均一的物相，如FeOFeO1-x1-x、FeSFeS1+x1+x,等过度元

3、素的化合物等过度元素的化合物 。这一类化合物组成偏离整比较大。这一类化合物组成偏离整比较大。定义定义本讲稿第三页，共十二页n n从点阵结构上看，点阵缺陷也能引起偏离整比性的化合物，从点阵结构上看，点阵缺陷也能引起偏离整比性的化合物，其组成的偏离是如此之小以至于不能用化学分析或其组成的偏离是如此之小以至于不能用化学分析或x x射线射线衍射分析观察出来。衍射分析观察出来。这类偏离整比化合物具有重要的技术性能，正引起人们的这类偏离整比化合物具有重要的技术性能，正引起人们的极大关注。极大关注。本讲稿第四页，共十二页形成原因及点缺陷形成原因及点缺陷点缺陷点缺陷点缺陷点缺陷是形成非化学计量比化合物的重要原

4、因是形成非化学计量比化合物的重要原因是形成非化学计量比化合物的重要原因是形成非化学计量比化合物的重要原因.n n离子（或原子）的空位缺陷离子（或原子）的空位缺陷 也就是讲一成分离子（或原子）按定组成定也就是讲一成分离子（或原子）按定组成定律来说是过量的，这些过剩的离子（或原子）占律来说是过量的，这些过剩的离子（或原子）占据化合物晶格的正常位置，而另一成分离子（或据化合物晶格的正常位置，而另一成分离子（或原子）在晶格中的位置却有一部分空了起来，形原子）在晶格中的位置却有一部分空了起来，形成了空位。成了空位。本讲稿第五页，共十二页n n杂质离子的部分取代缺陷 当两种离子半径相差较小，结构相似，电负

5、性相近时，则这两种离子可按任意比例进行取代。n n填隙缺陷 也就是在晶体的间隙中随机地填入体积较小的原子（或离子），这些杂质原子（或离子）进入间隙位置时，一般说并不改变基质晶体原有的结构。本讲稿第六页，共十二页 非化学计量比化合物的类型非化学计量比化合物的类型n n阴离子短缺的化合物阴离子短缺的化合物阴离子短缺的化合物阴离子短缺的化合物MXMX1-x1-x 如化学式如化学式NaClNaCl1-x1-x缺陷表示式：缺陷表示式：NaNa（V V ClCl）x xClCl1-x1-xn n阳离子过剩的化合物阳离子过剩的化合物阳离子过剩的化合物阳离子过剩的化合物MM1+x1+xX X 如化学式如化学式

6、ZnZn1+x1+xO O缺陷表示式：缺陷表示式：ZnZn（ZnZnx xi i）x xO On n阳离子短陷的化合物阳离子短陷的化合物阳离子短陷的化合物阳离子短陷的化合物MM1-x1-xX X如化学式如化学式如化学式如化学式CdCd1-x1-xS S缺陷表示式：缺陷表示式：缺陷表示式：缺陷表示式：CdCd1-x1-x(V(Vx xCdCd)x xS Sn n阴离子过剩的化合物阴离子过剩的化合物阴离子过剩的化合物阴离子过剩的化合物MXMX1+x1+x 如化学式如化学式UOUO2+x2+x缺陷表示式：缺陷表示式：U U4+4+1-x1-xU U6+6+x x*(O*(O1111i i)x xO

7、O2 2n n杂质缺陷产生的非整比化合物杂质缺陷产生的非整比化合物杂质缺陷产生的非整比化合物杂质缺陷产生的非整比化合物 本讲稿第七页，共十二页杂质缺陷产生的非整比化合物杂质缺陷产生的非整比化合物n n高价阳离子取代，产生阳离子空位或间隙阴离子高价阳离子取代，产生阳离子空位或间隙阴离子高价阳离子取代，产生阳离子空位或间隙阴离子高价阳离子取代，产生阳离子空位或间隙阴离子 如如：NaNa1-2x1-2xCaCax xClCl，缺缺陷陷式式NaNa1-2x1-2x(NaNa)x x（V V NaNa)x xClCl（阳阳离离子子钠钠空空位位），CaCa1-x1-xY Yx xF F2+x2+x，缺陷式

8、，缺陷式CaCa1-x1-x（CaCa)x xF F2 2(i i)x x(阴离子氟间隙）阴离子氟间隙）n n低价阳离子取代，产生阴离子空位或间隙阳离子低价阳离子取代，产生阴离子空位或间隙阳离子低价阳离子取代，产生阴离子空位或间隙阳离子低价阳离子取代，产生阴离子空位或间隙阳离子 如如：ZrZr1-x1-xCaCax xO O2-x2-x，缺缺陷陷式式ZrZr1-x1-x（Ca”Ca”ZrZr）x xO O2-x2-x(Vo)(Vo)x x(阴阴离离子子氧氧空空位位），LiLix xSiSi1-x1-xAlOAlO2 2，缺陷式（，缺陷式（i)i)x xSiSi1-x1-xAlAlx xO O2

9、 2（阳离子锂间隙）（阳离子锂间隙）本讲稿第八页，共十二页非整比化合物的应用非整比化合物的应用 n n光功能材料光功能材料 常常见见的的非非整整比比化化合合物物作作为为光光功功能能材材料料的的有有，发发光光二二极极管管。它它是是利利用用GaAsGaAs1-x1-xP Px x这这种种材材料料制制成成的的，可可发发出出从从红红光光到到绿绿光光的的各各种种颜颜色色的的光光。还还有有彩彩色色电电视视显显像像管管使使用用的的萤萤光光粉粉是是ZnZn1-x1-xCdCdx xS:S:AgClAgCl当当x=0.79x=0.79时时发发红红色色萤萤光光。此此外外还还有有异异质质结结太太阳能阳能电电池池Ga

10、AsGaAsGaGax xAlAl1-x1-xAsAs等等。等等。本讲稿第九页，共十二页n n电电电电功能材料功能材料功能材料功能材料 N N型型半半导导体体SnOSnO2 2为为非非整整比比化化合合物物，其其中中晶晶体体锡锡的的比比例例较较大大，当当该该半半导导体体有有吸吸附附H H2 2、COCO、CHCH4 4等等还还原原性性、可可燃燃性性气气体体时时电电导导明明显显变变化化，利利用用这这一一特特点可制造气敏点可制造气敏电电阻。阻。P P型型半半导导体体PbOPbO2 2 也也是是非非整整比比化化合合物物，它它的的O:O:Pb=Pb=1.1.8888，它它是是空空穴穴导电导电，可用于，可

11、用于铅铅蓄蓄电电池的池的电电极。极。快快离离子子导导体体有有NaClNaCl中中加加入入少少量量MnC1MnC12 2，得得到到NaNa1-2x1-2xMnMnx xV VNa Na ClCl的的固固溶溶体体，产产生生V VNaNa+空穴从而空穴从而导电导电。NASICONNASICON是是另另一一种种NaNa+离离子子导导体体，它它是是一一种种化化学学式式为为NaNa1+x1+xZrZr2 2SiSix xP P3-3-x xO O1212的非整比化合物，当的非整比化合物，当1.81.8 x x 2.22.2时电时电阻率最小。阻率最小。此此外外还还有有超超导导体体，如如钇钇钡钡铜铜氧氧化化物

12、物YBaYBa2 2CuCu3 3O O7-x7-x，它它是是氧氧缺缺陷陷非非整整比比化化合合物物，x x 0.10.1时为时为佳。它的出佳。它的出现对现对高温超高温超导导构成了构成了飞飞速的速的发发展。展。本讲稿第十页，共十二页n n磁性材料磁性材料磁性材料磁性材料 最最为为常常见见的的是是电电子子陶陶瓷瓷。如如铁铁氧氧体体其其通通式式为为MM II IIFeFe1-1-II II T TMM1-1-II II FeFe1+1+IIIIII 0 0O O4 4它它不不显显磁磁性性，当当有有外外加加磁磁场场它它被被磁磁化化，不不同同铁铁氧氧体体，磁磁化化结结果果不不一一样样有有软软磁磁体体、硬

13、硬磁磁体体和和矩矩形形磁磁体体。矩矩形形磁磁体体用用于于电电子子计计算算机机的的存存储储元元件件，软软磁磁体体可可用用于于制制造造变变压压器器的的铁铁芯芯或或马马达达。稀稀土土石石榴榴石石还还有有良良好好的的磁磁、电电、光光、声声等等能能量量转转化化功功能能，广广泛泛用用于于电电子子计计算算机机、微微波波电电路路等等。磁磁铅铅石石可可作作为为磁磁记记录录材材料料等等等。等。本讲稿第十一页，共十二页n n复合功能材料复合功能材料复合功能材料复合功能材料 常常见见的复合功能材料有的复合功能材料有压电压电陶瓷，主要是将机械陶瓷，主要是将机械压压力力转变为电转变为电能。能。例如例如PLZTPLZT系系

14、压电压电陶瓷陶瓷PbPb1-x1-xLaLax x（ZrZry yTiTi1-y1-y)1-(x/4)1-(x/4)O O3 3。还还有有PZTPZT的尖晶石的尖晶石结结构的氧化物构的氧化物PbZrPbZr1-x1-xTOTO3 3的微小粒子的的微小粒子的烧结烧结体（陶瓷），体（陶瓷），轻轻轻轻撞撞击击一下只有数厘米一下只有数厘米长长的的圆圆柱体柱体PZTPZT，就能得到数万伏的高，就能得到数万伏的高压电压电，放出，放出电电火花起到点火作用。例如火花起到点火作用。例如BaBa0.880.88PbPb0.880.88CaCa0.040.04TiOTiO3 3陶瓷广泛用于超声陶瓷广泛用于超声加工机声加工机声纳纳水听器等。此外水听器等。此外还还有有压压敏敏电电阻、气体阻、气体传传感器、湿感器、湿度度传传感器等。半感器等。半导导体陶瓷，它体陶瓷，它们们都是由非整比化合物微小粒子，都是由非整比化合物微小粒子，烧结烧结而成的。而成的。本讲稿第十二页，共十二页