第二章答案 武漢理工大學(xué) 陸佩文 課后答案

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1、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),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)量化合物都是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)、壓力有關(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過剩產(chǎn)生金屬離子過剩(n型)半導(dǎo)體,正離子缺位和

2、間隙負(fù)離子使負(fù)離子過剩產(chǎn)生負(fù)離子過剩(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)/R115%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)雜質(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)系密切相關(guān)的,在一定程度上來說,結(jié)構(gòu)中間隙的大小起了決定性的作

3、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:外來雜質(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)可以通過生成空位,產(chǎn)生部分取代或離子的價(jià)態(tài)變化來保持電價(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),有利于進(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、硬度升高;(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,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-

4、6寫出下列缺陷反應(yīng)式:(l)NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶體;(2)CaCl2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)。CaCl解: (1)NaCl NaCa+ ClCl + VClNaCl (2)CaCl2 CaNa + 2ClCl + VNa (3) O VNa + VCl (4) AgAg VAg + Agi2-7 MgO的密度是3.58g/cm3,其晶格參數(shù)是0.42nm,計(jì)算單位晶胞MgO的肖特基缺陷數(shù)。解:設(shè)有缺陷的MgO晶胞的晶胞分子數(shù)為x,晶胞體積V=(4.20)3,x=VN0/M=3.96,單位晶胞的

5、肖脫基缺陷數(shù)=4-x=0.04。2-8 MgO(NaCl型結(jié)構(gòu))和Li2O(反螢石型結(jié)構(gòu))均以氧的立方密堆為基礎(chǔ),而且陽(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Li2O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:6.4103,3.5102)解:n/N=exp(-E/2RT),R=8.314,T=1000k:n/N=6.410-3;T=1500k:n/N=3.510-2。2-10非化學(xué)計(jì)量化合物 FexO中,F(xiàn)e3+Fe2+0.1,求

6、FexO中的空位濃度及 x值。(答: 2.25105;0.956) 解:Fe2O32FeFe + 3OO + VFe y 2y y Fe3+2yFe2+1-3yO, X=1-y=1-0.0435=0.9565,Fe0.9565O VFe=2.2210-22-11非化學(xué)計(jì)量缺陷的濃度與周圍氣氛的性質(zhì)、壓力大小相關(guān),如果增大周圍氧氣的分壓非化學(xué)計(jì)量化合物Fe1-xO及Zn1+xO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 + e Zn(g)+ 1/2O2 = ZnO Zni + e+ 1/2O2 ZnO ZnO=e PO2 Zni 1/2O2(g) OO + VFe

7、+ 2h k=OO VFeh2/PO21/2=4OO VFe3/ PO21/2 VFe PO2-1/6, PO2 VFe 2-12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說明為什么只有置換型固溶體的兩個(gè)組分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1/4,造成結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。2-26 下列硅酸鹽礦物各屬何種結(jié)構(gòu)類型:Mg2SiO4,KAlSi3O8,CaMgSi2O6,Mg3Si4O10(OH)2,Ca2Al AlSiO7。答:分別為島狀;架狀;單鏈;層狀(復(fù)網(wǎng));組群(雙四面體)。

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