高二物理竞赛晶格缺陷的主要类型课件.pptx

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1、第四章 晶体中的缺陷和扩散1、晶格缺陷的主要类型一、点缺陷点缺陷：定域在格点附近一个或几个晶格常数范围内偏离晶格周期性的结构称为点缺陷1.空位（Schottky缺陷）EA二、线缺陷 刃位错：螺位错：BF三、面缺陷常见的面缺陷：晶粒间界、挛晶界、小角晶界 和层错等层错：晶体中的某个原子层发生堆积错误fcc 晶体中的正常堆积次序：ABCABC fcc 晶体中的层错:ABCABABC 体缺陷，如：空洞、气泡和包裹物等4.2 热缺陷一、热缺陷的平衡数目由热力学可知，在等温过程中，当热缺陷数目达到 平衡时，系统的自由能取极小值：01.空位的平衡数目晶体中原子总数：N形成一个空位所需能量：u1晶体中所形成

2、的空位数:n1 （N n1 ）T T由于晶体中出现空位，系统自由能的改变：F U T S1 1S kB lnW，W：系统可能出现的微观状态数晶体中没有空位时，系统原有的微观状态数为W0，由于出现空位，系统的微观状态数增加W1，假设W0和W1相互独立，有：W W0 W1 U nu0 B B 0 B 11 1 B 1 1 1 B N!n1!1 N n1 N!n1!F n u k TlnW n u k Tln N n1 !于是有 B 1在N+n1个原子位置中出现n1个空位，其微观状态数为：W Cn1 N n1 !S S S k lnW k lnW k lnW S k lnW F 0达到平衡时利用Stirling公式，当x很大时，有：lnx!lnx F u1 kB T ln N n1 lnn1 0n1 u1 u N n1 exp kB T QN n1 n1 N exp kB T12.间隙原子的平衡数目晶体中间隙原子位置的总数：N形成一个间隙原子所需能量：u2平衡时晶体中的间隙原子数：n2 （设n2 N）在一定温度下，间隙原子的平衡数目为：u n2 N exp kB T2同理，可求出晶体中Frenkel缺陷的平衡数目为：nf exp 其中，nf n1 n2 ，ufu1 u2为形成一个Frenkel缺陷 所需的能量。由于u1 ddNx