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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mol的Al2O3杂
质,则在1600℃时,MgO晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势?说明原因。
解:(a)根据热缺陷浓度公式:
exp(-)
由题意△G=6ev=6×1.602×10-19=9.612×10-19J
K=1.38×10-23J/K
T1=25+273=298KT2=1600+273=1873K
-51
298K:exp1.92×10
1873K:exp=8×10-9
(b)在MgO中加入百万分之一的Al2O3杂质,缺陷反应方程为:
此时产生的缺陷为[]杂质。
而由上式可知:[Al2O3]=[]杂质
∴当加入10-6Al2O3时,杂质缺陷的浓度为
[]=[AlO]=10-6
杂质23
由(a)计算结果可知:在1873K,[]热=8×10-9
显然:[]杂质>[]热,所以在1873K时杂质缺陷占优势。
2,非化学计量化合物FexO中,Fe3+/Fe2+=0.1,求FexO中的空位浓度及x值。
解:非化学计量化合物FeO,可认为是α(mol)的FeO溶入FeO中,缺陷反应式为:
x23
Fe2O32Fe+V+3OO
α2αα
此非化学计量化合物的组成为:
FeFeO
已知:Fe3+/Fe2+=0.1
则:
∴α=0.044
∴x=2α+(1-3α)=1-α=0.956
又:∵[V3+]=α=0.044
正常格点数N=1+x=1+0.956=1.956
∴空位浓度为
3,试写出少量MgO掺杂到Al2O3中和少量YF3掺杂到CaF2中的缺陷方程。(a)判断方程的合理性。(b)写出每一方程对应的固溶式。
解:3MgO2++3OO(1)
2MgO2++2OO(2)
YF3Y+F+2FF(3)
2YF32Y++6FF(4)
2+3+3+2+
(a)书写缺陷方程首先考虑电价平衡,如方程(1)和(4)。在不等价置换时,3Mg→2Al;2Y→3Ca。这样即可写出一组缺陷方程。其次
2+3+3+2+
考虑不等价离子等量置换,如方程(2)和(3)2Mg→2Al;Y→Ca。这样又可写出一组缺陷方程。在这两组方程中,从结晶化学的晶体稳
定性考虑,在离子晶体中除萤石型晶体结构可以产生间隙型固溶体以外,由于离子晶体中阴离子紧密堆积,间隙阴离子或阳离子都会破坏晶体的稳定
性。因而间隙型缺陷在离子晶体中(除萤石型)较少见。上述四个方程以(2)和(3)较合理。当然正确的判断必须用固溶体密度测定法来决定。
(b)(1)
(2)
(3)
(4)
4,
5,一块金黄色的人造黄玉,化
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