第二章答案武漢理工大學(xué)陸佩文課后答案

1、第二章答案武漢理工大學(xué)陸佩文課后答案第二章答案2-1 略。2-2試述位錯(cuò)的基本類型及其特點(diǎn)。解：位錯(cuò)主要有兩種：刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)。刃型位錯(cuò)特點(diǎn)：滑移方向與位錯(cuò)線垂直, 符號(hào)丄，有多余半片原子面。螺型位錯(cuò)特點(diǎn)：滑移方向與位錯(cuò)線平行，與位錯(cuò)線垂直的面 不是平面，呈螺施狀，稱螺型位錯(cuò)。2-3非化學(xué)計(jì)量化合物有何特點(diǎn)？為什么非化學(xué)計(jì)1：化合物都是n型或p型半導(dǎo)體材 料？解：非化學(xué)計(jì)量化合物的特點(diǎn)：非化學(xué)計(jì)量化合物產(chǎn)生及缺陷濃度與氣氛性質(zhì)、圧力 有關(guān)；可以看作是高價(jià)化合物與低價(jià)化合物的固溶體；缺陷濃度與溫度有關(guān)，這點(diǎn)可以從 平衡常數(shù)看出；非化學(xué)計(jì)量化合物都是半導(dǎo)體。由于負(fù)離子缺位和間隙正離子使金屬離子

2、 過(guò)剩產(chǎn)生金屬離子過(guò)剩（n型）半導(dǎo)體，正離子缺位和間隙負(fù)離子使負(fù)離子過(guò)剩產(chǎn)生負(fù)離 子過(guò)剩（P型）半導(dǎo)體。2-4影響置換型固溶體和間隙型固溶體形成的因素有哪些？解：影響形成置換型固溶體影響因素：（1）離子尺寸：15$規(guī)律：1. （R1-R2） /Rl15%不連續(xù)。2. 40%不能形成固熔體。（2）離子價(jià)：電價(jià)相同，形成連 續(xù)固熔體。（3）晶體結(jié)構(gòu)因素：基質(zhì)，雜質(zhì)結(jié)構(gòu)相同，形成連續(xù)固熔體。（4）場(chǎng)強(qiáng)因素。（5） 電負(fù)性：差值小，形成固熔體。差值大形成化合物。影響形成間隙型固溶體影響因素：（1）朵質(zhì)質(zhì)點(diǎn)大?。杭刺砑拥脑佑?，易形成 固溶體，反之亦然。（2）晶體（基質(zhì)）結(jié)構(gòu)：離子尺寸是與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)

3、系密切相關(guān)的, 在一定程度上來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)中間隙的大小起了決定性的作用。一般晶體中空隙愈大，結(jié)構(gòu)愈 疏松，易形成固溶體。（3）電價(jià)因素：外來(lái)朵質(zhì)原子進(jìn)人間隙時(shí)，必然引起晶體結(jié)構(gòu)中 電價(jià)的不平衡，這時(shí)可以通過(guò)生成空位，產(chǎn)生部分取代或離子的價(jià)態(tài)變化來(lái)保持電價(jià)平衡。 2-5試分析形成固溶體后對(duì)晶體性質(zhì)的影響。解：影響有：（1）穩(wěn)定晶格，阻止某些晶型轉(zhuǎn)變的發(fā)生；（2）活化晶格，形成固溶 體后，晶格結(jié)構(gòu)有一定畸變，處于高能量的活化狀態(tài)，有利丁進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)：（3）固溶 強(qiáng)化，溶質(zhì)原子的溶入，使固溶體的強(qiáng)度、碩度升高；（4）形成固溶體后對(duì)材料物理性質(zhì)的影響：固溶體的電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)等物理性質(zhì)也隨成分而連續(xù) 變化

4、，但一般都不是線性關(guān)系。固溶體的強(qiáng)度與硬度往往高于各組元，而塑性則較低，2-6寫(xiě)出下列缺陷反應(yīng)式：（1） NaCl 入CaC12中形成空位型固溶體；（2） CaC12 溶入NaCl中形成空位型固溶體；（3） NaCl形成肖特基缺陷；（4） Agl形成弗倫克爾缺 陷（Ag+進(jìn)入間隙）。解：CaCl (1) CaCl (1) NaClNaCa+ C1C1 + VC1 CaC120+ Agi CaC120+ Agi VAgVN+ VC1 (4) AgAgVAg2-7 Mg0的密度是3. 58g/cm3,其晶格參數(shù)是0. 42nm，計(jì)算單位晶胞HgO的肖特基缺 陷數(shù)。解：設(shè)有缺陷的MgO晶胞的晶胞分子

5、數(shù)為x,晶胞體積V= （4.20） 3, x=p VN0/M=3. 96,單位晶胞的肖脫基缺陷數(shù)二4-X二0. 04。2-8 MgO （NaCl型結(jié)構(gòu)）和Li20 （反螢石型結(jié)構(gòu)）均以氧的立方密堆為基礎(chǔ)，而II陽(yáng) 離子都在這種排列的間隙中，但在MgO中主要的點(diǎn)缺陷是肖特基缺陷，而在Li20中是弗 倫克爾型，請(qǐng)解釋原因。解：Mg占據(jù)四面體空隙，Li占據(jù)八面體空隙。2-9 MgO晶體的肖特基缺陷生成能為84kJ/mol,計(jì)算該晶體1000K和1500K的缺陷濃 度。（答：6.4X10-3, 3.5X10-2）解：n/N=exp （-E/2RT） , R二8 314, T=1000k： n/N=6.

6、 4X 10-3： T=1500k： n/N=3. 5X10-2 o2-10非化學(xué)計(jì)量化合物FexO中，F(xiàn)e3+/Fe2+=0. b求FexO中的空位濃度及x值。 （答：2.25X10-5： 0.956）解：Fe2O32FeFe - + 300 + VFe, yFe3+2yFe2+l3yONaClX=l-y=l-0. 0435=0. 9565, FeO. 95650VFe =2. 22X10-22-11非化學(xué)計(jì)量缺陷的濃度與周?chē)鷼夥盏男再|(zhì)、壓力大小相關(guān)，如果增大周?chē)鯕獾?分壓.非化學(xué)計(jì)量化合物Fel-xO及Znl+x0的密度將發(fā)生怎么樣的變化？增大還是減?。?為什么？解:Zn (g)Zni

7、+ 解:Zn (g)Zni + eZn (g) + 1/202 二 ZnOZni + 1/202ZnOZnO = e,P02 tZni - 1P 11/202 (g)00 + VFJ+ 2h k二00 VFe h 2/P021/2=400 VFe 3/ P021/2VFeSP02T/6,P02 t VFe I P I2-12從化學(xué)組成、相組成考慮，試比較固溶體與化合物、機(jī)械混合物的差別。解： 固溶體機(jī)械混合物化合物形成原因：以原子尺寸“溶解” 生成粉末混合原子間相互反映生成 相數(shù):均勻單相多相單相均勻化學(xué)計(jì)量：不遵守定比定律化學(xué)組成不確定化學(xué)組成確定2-13說(shuō)明為什么只有置換型固溶體的兩個(gè)組分

8、之間才能相互完全溶解，而填隙型固溶體則不能。解：（1）晶體中間隙位置是有限的，容納雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)能力10%：（2）間隙式固溶體的生成，一般都使晶格常數(shù)增大，增加到一定的程度，使晶格變得不穩(wěn)定而離解：置換固溶 體形成是同號(hào)離子交換位置，不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，所以可形成連續(xù)固溶體。2-14對(duì)于MgO、A1203和Cr203,其正、負(fù)離子半徑比分別為0.47、0. 36和0.40, 則A1203和A1203形成連續(xù)固溶體。（1）這個(gè)結(jié)果可能嗎？為什么？（2）試預(yù)計(jì)，在 Mg0-Cr203系統(tǒng)中的固溶度是有限的還是無(wú)限的？為什么？解：（1） A1203與Cr203能 形成連續(xù)固溶體，原因：，（1）結(jié)構(gòu)內(nèi)型相同

9、，同屬于剛玉結(jié)構(gòu)。（2） MgO與Cr203的固溶度為有限原因:結(jié)構(gòu)類型不同MgO屬于NaCl型結(jié)構(gòu)，Cr203屬剛玉結(jié)構(gòu)。雖然也不可能形成連續(xù)固溶體。2-15某種NiO是非化學(xué)計(jì)量的，如果NiO中Ni3+/Ni2+=10 4,問(wèn)每lm3中有多少 載;流子？解：設(shè)非化學(xué)計(jì)量化合物為NixO,Ni2032+ 3 +y2yyNi3+2yNi2+l-3yONi3+/Ni2+=2y/ （l3y） =10 x則 y二3X10-5,x二l-y二0.99995, NiO. 999950每m3中有多少載流子即為空位濃度：二y/ （1+x） =2. 5X 105o2T6在MgOA1203和PbTiO3 PbZr

10、O3中哪一對(duì)形成有限固溶體，哪一對(duì)形成無(wú)限固溶體，為什么？解：MgO-AL2O3：,即rMg、rAl半徑相差大，MgO （NaCl型）、AL2O3 （剛玉）結(jié)構(gòu)類 型差別大，形成有限固溶體；PbTiO3-PbZrO3形成無(wú)限固溶體，因?yàn)楸M管Ti4+、Zr4+半徑 相差較大（15. 28），但都是（ABO3）鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)，Ti4+、Zr4+都填充八面體空隙，該 空隙體積較大，可填入的陽(yáng)離子的半徑r值可在一定范圍內(nèi)變化，而不至于使結(jié)構(gòu)變化。2-17 CeO2為螢石結(jié)構(gòu)，其中加入15mole0形成固溶體，測(cè)得固溶體密度d=7. 01 g/cm3,晶胞參數(shù)a = 0. 5417nm,試通過(guò)計(jì)算判斷生成

11、的是哪一種類型固溶體。已知原 子量 Ce 140.12, Ca 40.08, 0 16.00。解：對(duì)T- Ca0-Ce02固溶體來(lái)說(shuō)，從滿足電中性來(lái)看，可以形成氧離子空位的固溶體 也可形成Ca2+|校入陰離子間隙中的固溶體，其固溶方程為：對(duì)于置換式固溶體有x二0.13, 1-x二0.85, 2-x=l. 85,所以置換式固溶體化學(xué)式 CaO. 15CeO. 8501. 85 有因 為CeO2屬于螢石結(jié)構(gòu)，晶胞分子數(shù)Z二4,晶胞中有Ca2+、Ce4+、02-三種質(zhì)點(diǎn)。晶胞質(zhì)量對(duì)于間隙固溶體，其化學(xué)式Ca2yCel-yO2,與已知組成CaO. 15CeO. 8501. 85相比，02- 不同，Ca

12、O. 15CeO. 8501. 85CaO. 15X2/1. 85CeO. 83X2/1. 8502 二間隙式固溶體化學(xué)式 CaO. 13X2/1. 85Cel. 7/1. 8502 同理可得實(shí)測(cè)密度為d二7.01 ,接近于d2形成間隙固溶體，存在間隙Ca離子2-18根據(jù)電價(jià)規(guī)則，在下面情況下，空隙內(nèi)各需填入何種價(jià)數(shù)的陽(yáng)離子，并對(duì)每一 種結(jié)構(gòu)舉出一個(gè)例子。（1）所有四面體空隙位置均填滿：（2）所有八面體空隙位置均填 滿：（3）填滿一半四面體空隙位置：（4）填滿一半八面體空隙位置。答：分別為（1） 陰陽(yáng)離子價(jià)態(tài)比應(yīng)為1:2如CaF2 （2）陰陽(yáng)離子價(jià)態(tài)比應(yīng)為1:1如NaCl （3）陰陽(yáng)離子 價(jià)態(tài)比應(yīng)為1:1如ZnS （4）陰陽(yáng)離子價(jià)態(tài)比應(yīng)為1:2如Ti022-19鈦酸鈔!是一種重要的鐵電陶瓷，其晶型是鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，試問(wèn)：（1）屬于什么點(diǎn) 陣？ （2）這個(gè)結(jié)構(gòu)中離子的配位數(shù)為若干？ （3）這個(gè)結(jié)構(gòu)遵守鮑林規(guī)則嗎？請(qǐng)作充分討 論。答：（1）屬于立方晶系（2） Ba2+、Ti4+和02-的配位數(shù)分別為12、6和