固體中的缺陷 點缺陷

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簡介

在晶體固體中，在某一點或某個原子周圍觀察到的任何不規則或畸變稱為點缺陷。當結晶以非常快或中等速度發生時，就會出現缺陷。因此，粒子或原子沒有足夠的時間以規則的模式排列自身。點缺陷進一步分為三類，它們是——化學計量缺陷 (st.)、雜質缺陷和非化學計量缺陷。在化學計量缺陷中，陽離子（正電荷）和陰離子（負電荷）的比例保持不變。當外部（外來）原子佔據晶格中的空間時，就會發生雜質缺陷。非化學計量缺陷

什麼是固體中的點缺陷？

當固體（晶體）中一個或多個原子離開其晶格位置，或外來原子佔據其原始位置，或在固體晶體中佔據間隙位置時，就會發生點缺陷 (p.d)。

固體晶體中點缺陷的原因

點缺陷的一些主要原因如下：

• 晶體固體的大小和形狀的不規則性。

• 高能 (e) 輻射（如 X 射線）照射或撞擊固體表面。

• 從非常高的溫度快速或連續冷卻。

固體中點缺陷的型別

點缺陷進一步分為三類，分別是

• 化學計量缺陷

• 雜質缺陷

• 非化學計量缺陷。

DaniFeri，晶體結構中的點缺陷，CC BY-SA 3.0

什麼是化學計量缺陷

化學計量缺陷是一種不干擾（影響）固體化學計量的點缺陷。這也被稱為內在缺陷，其中陽離子 (+ve) 與陰離子 (-ve) 的比率 (/) 保持不變。這種型別的缺陷是由於固體 (s) 系統中原子或離子的規則 (一般) 模式發生偏差而引起的。化學計量缺陷有兩種型別：空位缺陷和間隙缺陷。

化學計量缺陷的型別

化學計量缺陷主要有兩種型別：

• 空位缺陷——此處，原子未在其晶格位置找到，導致晶格位置空缺或為空，從而產生空位缺陷。

• 間隙缺陷——此處，原子 (a) 或分子佔據晶體中的分子間空間或位置。

什麼是弗蘭克爾缺陷？

弗蘭克爾缺陷是存在於晶體固體中的點缺陷的一種形式或型別。當原子 (a) 或任何較小的離子（陽離子）離開其在晶格中的原始位置，並在那裡產生空位（空白空間），並透過定位在附近的位置而成為間隙時，就會發生這種缺陷。

Naclfrenkeldefect.svg：Gabriel Rosser，牛津大學 Gabs / 派生作品：Sponk，AgCl 弗蘭克爾缺陷，CC BY-SA 3.0

什麼是肖特基缺陷？

肖特基缺陷也是一種點缺陷，其發生是由於晶格中佔據激發的位點。當帶相反電荷的離子離開其晶格位置，例如到達晶格表面，從而產生帶相反電荷的空位時，就會形成這種型別的缺陷。

VladVD，NaCl - 肖特基缺陷，CC BY-SA 3.0

什麼是雜質缺陷？

雜質缺陷定義為缺陷，即取代構成該特定固體的一些原子 (a) 或擠入間隙的外來原子。雜質缺陷改變了原始晶體固體的性質（行為）。這種型別的缺陷在半導體的形成中很有用。

什麼是非化學計量缺陷？

如果由於固體晶體中的缺陷，陽離子 (+ve) 與陰離子 (-ve) 的比率 (/) 變得與理想化學式所示的不同，則此類缺陷稱為非化學計量缺陷。

非化學計量缺陷的形式

• 由於陰離子 (-ve) 空位導致的金屬 (m) 過剩缺陷——如果晶格位點缺少陰離子 (-ve)，則化合物可能含有過量的金屬離子，留下一個帶正電的空穴。

• 由於間隙陽離子 (+ve) 導致的金屬 (m) 過剩缺陷——如果間隙位點存在額外的正 (+ve) 離子，則化合物可能含有過量的金屬離子。

• 由於陽離子空位導致的金屬 (m) 缺乏——在這種型別的缺陷中，陽離子 (+ve) 從其晶格位置缺失（不存在）。

• 由於間隙位置的額外陰離子 (-ve) 導致的金屬 (m) 缺乏——在這種型別的缺陷中，陰離子 (-ve) 存在於間隙位置。

點缺陷的應用

• 點缺陷能夠影響材料的電 (e) 和磁 (m) 特性。

• 點缺陷還可以影響材料的腐蝕速率。

間隙缺陷的應用

• 這種型別的缺陷存在於多種材料中，如合金、絕緣體和半導體。

• 這種缺陷會增加腐蝕的敏感性。

變形缺陷的應用

• 這種缺陷會導致材料變形（斷裂）或改變其形狀或尺寸。

• 這種缺陷會導致晶格強度降低或功能降低。

取代缺陷的應用

• 這種缺陷用於瞭解材料如何機械失效。

• 它也用於瞭解材料的腐蝕速率。

肖特基缺陷和弗蘭克爾缺陷的區別

弗蘭克爾缺陷	肖特基缺陷
在這種型別的缺陷中，晶格的密度 (d) 保持不變。	在這種型別的缺陷中，晶格的密度 (d) 降低。
晶格的質量 (m) 也保持恆定。	晶格的質量 (m) 減少或降低。
原子 (a) 或離子離開其位置，但仍然存在於晶格中。	原子 (a) 或離子完全離開晶格。

結論

在晶體固體中，當固體 (s) 的理想 (正確) 排列在某一點或原子周圍發生扭曲 (損壞) 時，則稱為點缺陷。點缺陷進一步分為三種缺陷，它們是——化學計量缺陷 (st.)、弗蘭克爾缺陷 (f.d) 和肖特基缺陷。晶體缺陷有幾個原因。例如晶體（固體）的變形、從高溫 (t) 連續或快速冷卻 (cool)，或高能 (e) 輻射照射晶體或固體。

常見問題

1.什麼是晶體固體？

晶體固體是一種固體，其中組成粒子以高度有序的方式排列在晶格的所有方向上。

2.什麼是外來原子？

外來原子是與晶體混合的外部原子，並且與晶體的組成原子不同。

3.給出一些弗蘭克爾缺陷的例子。

ZnS、AgBr、AgCl 和 AgI 是弗蘭克爾缺陷的一些例子。

4.命名化學計量缺陷的型別。

• 空位缺陷

• 間隙缺陷

5.在那種型別的缺陷中，晶格的質量會降低？

在肖特基缺陷中，晶格的質量會降低。