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晶体结构缺陷部分习题讲解.pdf 12页

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课程名称:材料科学基础 主讲内容:晶体结构缺陷部分习题讲解 如何计算热缺陷浓度? 如何判断热缺陷与杂质缺陷何者占优势? 如何判断所生成固溶体为填隙型还是置换型? 例1:(a)在MgO晶体中,肖特基缺陷的生成能为6ev,计 算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度;(b )如果MgO晶体 中,含有百万分之一的Al O 杂质,则在1600℃时,MgO 2 3 晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势?试通过计算 说明。 n E (a )解:根据热缺陷浓度公式: exp(? ) N 2kT 由题意:E=6eV=6×1.602×10-19=9.612×10-19J T =25+273=298K, T =1600+273=1873K 1 2 n 9.612 ?10?19 ?51 298K :N exp(??2 ?1.38 ?10?23 ?298) 1.76??10 n 9.612 ?10?19 ?9 exp(? ?23 ) 8 ?10 1873K:N 2 ?1.38 ?10 ?1873 (b )在MgO 晶体中加入百万分之一的Al O ,缺陷反应方程如下: 2 3 MgO ? Al O ????2Al ?V " ?3O 2 3 M g Mg O 此时产生的缺陷为[V 〞]杂质 Mg 而[Al O ]= [V 〞]杂质=10-6 2 3 Mg 由(a )计算在1873K 时,[V〞 ] =8×10-9 Mg 热 所以[V 〞]杂质>[V〞 ]热,即在1873K 时,在MgO 晶体中,杂质缺陷 Mg Mg 占优势。 解题 在计算热缺陷浓度时,注意以下几点: 关键: ①将温度换算为开尔文温度; ②将缺陷生成能单位由电子伏特(eV )换算为焦耳(J ) 在比较缺陷占优时,注意以下几点: ①正确书写出相应缺陷反应方程; ②根据题目所给条件,求出杂质缺陷浓度大小, 然后比较热缺陷与杂质缺陷浓度大小 注意! 一定比较相同类型的缺陷! 如何判断所生成固溶体为填隙型还是置换型? 例2 : CeO2 为萤石结构,其中加入15mol%CaO 形成固溶 3 体,测得固溶体密度d =7.01g/cm ,晶胞参数a = 0.5417nm,试通过计算判断生成的是哪一种类型固溶 体。已知原子量Ce 140.12,Ca 40.08,O 16.00。 解:对于 CaO-CeO2 固溶体来说,从满足电中性来看,可以形 成氧离子空位的固溶体也可形成 Ca2+嵌入阴离子间隙中的固溶 体,其固溶方程为: CeO ''

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