點(diǎn)缺陷概念

點(diǎn)缺陷指對晶體的擾動（除相關(guān)的彈性應(yīng)變外）在任何方向上僅波及幾個(gè)原子間距的結(jié)構(gòu)缺陷。最簡單的點(diǎn)缺陷為點(diǎn)陣空位和填隙原子，前者是空缺一個(gè)原子的正常陣點(diǎn)，稱為肖脫基缺陷；后者是占據(jù)點(diǎn)陣間隙位置的原子。一對相距較近而處于亞平衡狀態(tài)的空位和填隙原子稱為夫倫克耳缺陷。在一定溫度T 時(shí)，形成能量為Ui的點(diǎn)缺陷存在一定的熱力學(xué)平衡濃度ci∝exp(-Ui/kT)。例如Au在600℃時(shí)，106個(gè)原子里有8個(gè)，當(dāng)溫度升至1000℃時(shí)，104個(gè)原子中就有5個(gè)。此外，通過淬火、輻照、摻雜、范性形變和改變化學(xué)配比等多種方式也能引入大量非平衡點(diǎn)缺陷。晶體中的外來原子，即雜質(zhì)或溶質(zhì)原子，是稱作化學(xué)缺陷的另一類點(diǎn)缺陷，它們可以以代位或填隙方式存在。

點(diǎn)缺陷的概念最先是為解釋離子晶體的導(dǎo)電性而提出來的。半個(gè)世紀(jì)來，點(diǎn)缺陷的理論和實(shí)驗(yàn)研究已在各種鍵合類型的晶體中廣泛展開。點(diǎn)缺陷是晶體中物質(zhì)輸運(yùn)過程的主要媒介，是一系列弛豫現(xiàn)象的物理根源，也是容納晶體對化學(xué)配比偏離的重要方式。點(diǎn)缺陷還可以交互作用形成多種復(fù)合點(diǎn)缺陷、點(diǎn)缺陷群，構(gòu)成有序化結(jié)構(gòu)及各種廣延缺陷，因而對于晶體結(jié)構(gòu)敏感的許多性質(zhì)有著至關(guān)重要的影響。

點(diǎn)缺陷是晶體中晶格上的一種局部錯亂，影響范圍只有鄰近幾個(gè)粒子。根據(jù)點(diǎn)缺陷不同的成因可以將點(diǎn)缺陷分為下面三類：本征缺陷、雜質(zhì)缺陷和電子缺陷。

點(diǎn)缺陷本征缺陷

本征缺陷的類型是，在點(diǎn)陣中晶格結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)空位，或在不該有粒子的間隙上多出了粒子（間隙粒子）。此外，還可能是一種粒子占據(jù)了另一種粒子應(yīng)該占據(jù)的位置形成錯位。這些缺陷的產(chǎn)生，主要由于粒子的熱運(yùn)動。任何高于OK的實(shí)際晶體，晶格結(jié)點(diǎn)上的粒子都在其平衡位置附近做熱運(yùn)動，若干能量較高的粒子脫離其平衡位置從而形成缺陷。

點(diǎn)缺陷雜質(zhì)缺陷

雜質(zhì)缺陷是點(diǎn)缺陷中數(shù)目最多的一類。半徑較小的雜質(zhì)粒子常以間隙粒子進(jìn)入晶體。離子晶體中如果雜質(zhì)離子的氧化數(shù)與所取代的離子不一致，就會給晶體帶來額外電荷。這些額外電荷必須通過其他相反電荷的離子來補(bǔ)償或通過產(chǎn)生空位來抵消，以保持整個(gè)晶體的電中性。雜質(zhì)缺陷一般并不改變原基質(zhì)晶體的晶格，但會因晶格畸化而活化，為粒子的遷移提供條件。

點(diǎn)缺陷電子缺陷

電子缺陷則可以認(rèn)為是以上兩類缺陷引起的一種電子效應(yīng)缺陷。按照能帶理論，OK下大多數(shù)半導(dǎo)體材料的純

凈完整晶體都是電絕緣體，但在高于OK的溫度下，由于熱激發(fā)、光輻照等因素會使少數(shù)電子從滿帶激發(fā)到導(dǎo)帶，原來滿帶中被這些電子占據(jù)的能級便空余出來，能帶中的這些空軌道稱為空穴。滿帶中的空穴和導(dǎo)帶中的部分電子是使半導(dǎo)體導(dǎo)電的主要原因，可見，實(shí)際晶體中的微量雜質(zhì)和其他缺陷改變了晶體的能帶結(jié)構(gòu)并控制著其中電子和空穴的濃度及其運(yùn)動，對晶體的性能具有重要的影響。

晶體生長過程中的點(diǎn)缺陷，可以通過數(shù)值模擬方法進(jìn)行預(yù)測。數(shù)值模擬是用來獲得廉價(jià)的完整的和全面細(xì)節(jié)的結(jié)晶過程，以此方法用來預(yù)測晶體生長及改善晶體生長技術(shù)。對于無經(jīng)驗(yàn)人員,可以形象化展示熔體流動的歷史點(diǎn)缺陷，通過晶體生長仿真軟件FEMAG可以預(yù)知在晶體生長過程中的點(diǎn)缺陷（自裂縫和空缺） 。

在液晶顯示器中的點(diǎn)缺陷分為：亮點(diǎn)、暗點(diǎn)和壞點(diǎn)。

點(diǎn)缺陷亮點(diǎn)

在黑屏的情況下呈現(xiàn)的R、G、B點(diǎn)叫做亮點(diǎn)。

亮點(diǎn)的出現(xiàn)分為兩種情況：

(1)在黑屏的情況下單純地呈現(xiàn)R或者G或者B色彩的點(diǎn)。

(2)在切換至紅、綠、藍(lán)三色顯示模式下，只有在R或者G或者B中的一種顯示模式下有白色點(diǎn)，同時(shí)在另外兩種模式下均有其他色點(diǎn)的情況，這種情況是在同一像素中存在兩個(gè)亮點(diǎn)。

點(diǎn)缺陷暗點(diǎn)

在白屏的情況下出現(xiàn)非單純R、G、B的色點(diǎn)叫做暗點(diǎn)。

暗點(diǎn)的出現(xiàn)分為兩種情況：

(1)在切換至紅、綠、藍(lán)三色顯示模式下，在同一位置只有在R或者G或者B一種顯示模式下有黑點(diǎn)的情況，這種情況表明此像素內(nèi)只有一個(gè)暗點(diǎn)。

(2)在切換至紅、綠、藍(lán)三色顯示模式下，在同一位置上在R或者G或者B中的兩種顯示模式下都有黑點(diǎn)的情況，這種情況表明此像素內(nèi)有兩個(gè)暗點(diǎn)。

點(diǎn)缺陷壞點(diǎn)

在白屏情況下為純黑色的點(diǎn)或者在黑屏下為純白色的點(diǎn)。在切換至紅、綠、藍(lán)三色顯示模式下此點(diǎn)始終在同一位置上并且始終為純黑色或純白色的點(diǎn)。這種情況說明該像素的R、G、B三個(gè)子像素點(diǎn)均已損壞，此類點(diǎn)稱為壞點(diǎn)。2100433B

本項(xiàng)目將根據(jù)由熱力學(xué)平衡原理推出的二元氧化物點(diǎn)缺陷反應(yīng)方程組，利用Paulsen提出的分布逼近與篩選法建立精確完整的點(diǎn)缺陷相圖計(jì)算軟件。所得軟件將用于研究：1）典型固體氧化物燃料電池（SOFC）電解質(zhì)和電極材料載流子分布及輸運(yùn)特性受工作條件的影響及其對電池性能的影響；2）點(diǎn)缺陷分布在電解質(zhì)-電極材料界面的行為；3）點(diǎn)缺陷平衡對材料匹配和性能穩(wěn)定性如熱膨脹性能匹配和界面化學(xué)反應(yīng)的影響。.本項(xiàng)目的開展有助于推進(jìn)SOFC固體缺陷性質(zhì)的微觀機(jī)制的研究，特別是有助于對限制燃料電池技術(shù)商業(yè)化的材料制備和性能穩(wěn)定性及其工程設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)，有重要的應(yīng)用前景。 2100433B

1緒論

1.1結(jié)構(gòu)缺陷理論的產(chǎn)生

1.2晶體結(jié)構(gòu)缺陷的類型

2點(diǎn)缺陷的基本性質(zhì)

2.1引言

2.2點(diǎn)缺陷的種類及產(chǎn)生途徑

2.3點(diǎn)缺陷的平衡濃度

2.4點(diǎn)缺陷的形成能

2.5點(diǎn)缺陷的運(yùn)動和結(jié)合

2.6點(diǎn)缺陷的形成熵和遷移熵

2.7金屬中的淬火空位

2.8金屬因輻照產(chǎn)生的點(diǎn)缺陷

3線缺陷的基本性質(zhì)

3.1引言

3.2位錯的類型

3.3位錯的伯格斯矢量

3.4位錯周圍的應(yīng)力場及彈性能

3.5位錯的運(yùn)動

3.6位錯的起源與增殖

3.7位錯的塞積

3.8位錯的交割

3.9位錯動力學(xué)

3.10典型晶體中的位錯

3.11位錯的實(shí)驗(yàn)觀測

4面缺陷的基本性質(zhì)

4.1引言

4.2小角度晶界

4.3大角度晶界

4.4相界

4.5單相多晶體中的晶粒形狀

5缺陷間的交互作用

5.1點(diǎn)缺陷與位錯的交互作用

5.2位錯與位錯間的交互作用

5.3位錯與面缺陷的交互作用

6結(jié)構(gòu)缺陷對材料力學(xué)性能的影響

6.1晶體的軟硬實(shí)質(zhì)

6.2三類晶體的屈服現(xiàn)象

6.3流變應(yīng)力與位錯密度

6.4加工硬化

6.5固溶強(qiáng)化

6.6晶體的斷裂

6.7合金中第二相強(qiáng)化

6.8高溫強(qiáng)度的位錯理論

6.9疲勞強(qiáng)度的位錯理論

6.10多晶材料的晶界強(qiáng)化機(jī)制

7結(jié)構(gòu)缺陷對材料物理性能的影響

7.1缺陷與晶體的電學(xué)性能

7.2缺陷與半導(dǎo)體性能

7.3缺陷與離子晶體物理性能

7.4缺陷與磁學(xué)性能

參考文獻(xiàn) 2100433B