題目的意思不是太明白,所以都給你貼上了.
晶體（crystal)
概述
晶體有三個特征：(1)晶體有整齊規(guī)則的幾何外形；(2)晶體有固定的熔點；(3)晶體有各向異性的特點.
固態(tài)物質有晶體與非晶態(tài)物質(無定形固體)之分,而無定形固體不具有上述特點.
組成晶體的結構微粒(分子、原子、離子)在空間有規(guī)則地排列在一定的點上,這些點群有一定的幾何形狀,叫做晶格.排有結構粒子的那些點叫做晶格的結點.金剛石、石墨、食鹽的晶體模型,實際上是它們的晶格模型.
晶體按其結構粒子和作用力的不同可分為四類：離子晶體、原子晶體、分子晶體和金屬晶體.
具有整齊規(guī)則的幾何外形、固定熔點和各向異性的固態(tài)物質,是物質存在的一種基本形式.固態(tài)物質是否為晶體,一般可由X射線衍射法予以鑒定.
晶體內部結構中的質點(原子、離子、分子)有規(guī)則地在三維空間呈周期性重復排列,組成一定形式的晶格,外形上表現(xiàn)為一定形狀的幾何多面體.組成某種幾何多面體的平面稱為晶面,由于生長的條件不同,晶體在外形上可能有些歪斜,但同種晶體晶面間夾角(晶面角)是一定的,稱為晶面角不變原理.
晶體按其內部結構可分為七大晶系和14種晶格類型.晶體都有一定的對稱性,有32種對稱元素系,對應的對稱動作群稱做晶體系點群.按照內部質點間作用力性質不同,晶體可分為離子晶體、原子晶體、分子晶體、金屬晶體等四大典型晶體,如食鹽、金剛石、干冰和各種金屬等.同一晶體也有單晶和多晶(或粉晶)的區(qū)別.在實際中還存在混合型晶體.
說到晶體,還得從結晶談起.大家知道,所有物質都是由原子或分子構成的.眾所周知,物質有三種聚集形態(tài)：氣體、液體和固體.但是,你知道根據(jù)其內部構造特點,固體又可分為幾類嗎?研究表明,固體可分為晶體、非晶體和準晶體三大類.
晶體通常呈現(xiàn)規(guī)則的幾何形狀,就像有人特意加工出來的一樣.其內部原子的排列十分規(guī)整嚴格,比士兵的方陣還要整齊得多.如果把晶體中任意一個原子沿某一方向平移一定距離,必能找到一個同樣的原子.而玻璃、珍珠、瀝青、塑料等非晶體,內部原子的排列則是雜亂無章的.準晶體是最近發(fā)現(xiàn)的一類新物質,其內部排列既不同于晶體,也不同于非晶體.
究竟什么樣的物質才能算作晶體呢?首先,除液晶外,晶體一般是固體形態(tài) .其次,組成物質的原子、分子或離子具有規(guī)律、周期性的排列,這樣的物質就是晶體.
但僅從外觀上,用肉眼很難區(qū)分晶體、非晶體與準晶體.那么,如何才能快速鑒定出它們呢?一種最常用的技術是X光技術.用X光對固體進行結構分析,你很快就會發(fā)現(xiàn),晶體和非晶體、準晶體是截然不同的三類固體.
為了描述晶體的結構,我們把構成晶體的原子當成一個點,再用假想的線段將這些代表原子的各點連接起來,就繪成了像圖中所表示的格架式空間結構.這種用來描述原子在晶體中排列的幾何空間格架,稱為晶格.由于晶體中原子的排列是有規(guī)律的,可以從晶格中拿出一個完全能夠表達晶格結構的最小單元,這個最小單元就叫作晶胞.許多取向相同的晶胞組成晶粒,由取向不同的晶粒組成的物體,叫做多晶體,而單晶體內所有的晶胞取向完全一致,常見的單晶如單晶硅、單晶石英.大家最常見到的一般是多晶體.
由于物質內部原子排列的明顯差異,導致了晶體與非晶體物理化學性質的巨大差異.例如,晶體有固定的熔點,當溫度高到某一溫度便立即熔化；而玻璃及其它非晶體則沒有固定的熔點,從軟化到熔化是一個較大的溫度范圍.
我們吃的鹽是氯化鈉的結晶,味精是谷氨酸鈉的結晶,冬天窗戶玻璃上的冰花和天上飄下的雪花,是水的結晶.我們可以這樣說：“熠熠閃光的不一定是晶體,樸實無華、不能閃光的未必就不是晶體”.不是嗎?每家廚房中常見的砂糖、堿是晶體,每個人身上的牙齒、骨骼是晶體,工業(yè)中的礦物巖石是晶體,日常見到的各種金屬及合金制品也屬晶體,就連地上的泥土砂石都是晶體.我們身邊的固體物質中,除了常被我們誤以為是晶體的玻璃、松香、琥珀、珍珠等之外,幾乎都是非晶體.晶體離我們并不遙遠,它就在我們的日常生活中.
組成晶體的結構粒子（分子、原子、離子）在三維空間有規(guī)則地排列在一定的點上,這些點周期性地構成有一定幾何形狀的無限格子,叫做晶格.按照晶體的現(xiàn)代點陣理論,構成晶體結構的原子、分子或離子都能抽象為幾何學上的點.這些沒有大小、沒有質量、不可分辨的點在空間排布形成的圖形叫做點陣,以此表示晶體中結構粒子的排布規(guī)律.構成點陣的點叫做陣點,陣點代表的化學內容叫做結構基元.因此,晶格也可以看成點陣上的點所構成的點群集合.對于一個確定的空間點陣,可以按選擇的向量將它劃分成很多平行六面體,每個平行六面體叫一個單位,并以對稱性高、體積小、含點陣點少的單位為其正當格子.晶格就是由這些格子周期性地無限延伸而成的.空間正當格子只有7種形狀（對應于7個晶系）,14種型式.它們是簡單立方、體心立方、面心立方；簡單三方；簡單六方；簡單四方、體心四方；簡單正交、底心正交、體心正交、面心正交；簡單單斜、底心單斜；簡單三斜格子等.晶格的強度由晶格能（或稱點）.
晶體對稱性
在晶體的外形以及其他宏觀表現(xiàn)中還反映了晶體結構的對稱性.晶體的理想外形或其結構都是對稱圖象.這類圖象都能經過不改變其中任何兩點間距離的操作后復原.這樣的操作稱為對稱操作,平移、旋轉、反映和倒反都是對稱操作.能使一個圖象復原的全部不等同操作,形成一個對稱操作群.
在晶體結構中空間點陣所代表的是與平移有關的對稱性,此外,還可以含有與旋轉、反映和倒反有關并能在宏觀上反映出來的對稱性,稱為宏觀對稱性,它在晶體結構中必須與空間點陣共存,并互相制約.制約的結果有二:①晶體結構中只能存在1、2、3、4和6次對稱軸,②空間點陣只能有 14種形式.n次對稱軸的基本旋轉操作為旋轉360°/n,因此,晶體能在外形和宏觀中反映出來的軸對稱性也只限于這些軸次.
由于原子并不處于靜止狀態(tài),存在著外來原子引起的點陣畸變以及一定的缺陷,基本結構雖然仍符合上述規(guī)則性,但絕不是如設想的那樣完整無缺,存在數(shù)目不同的各種形式的晶體缺陷.另外還必須指出,絕大多數(shù)工業(yè)用的金屬材料不是只由一個巨大的單晶所構成,而是由大量小塊晶體組成,即多晶體.在整塊材料內部,每個小晶體（或稱晶粒）整個由三維空間界面與它的近鄰隔開.這種界面稱晶粒間界,簡稱晶界.晶界厚度約為兩三個原子.
晶體缺陷
在二十世紀初葉,人們?yōu)榱颂接懳镔|的變化和性質產生的原因,紛紛從微觀角度來研究晶體內部結構,特別是X射線衍射的出現(xiàn),揭示出晶體內部質點排列的規(guī)律性,認為內部質點在三維空間呈有序的無限周期重復性排列,即所謂空間點陣結構學說.
前面講到的都是理想的晶體結構,實際上這種理想的晶體結構在真實的晶體中是不存在的,事實上,無論是自然界中存在的天然晶體,還是在實驗室（或工廠中）培養(yǎng)的人工晶體或是陶瓷和其它硅酸鹽制品中的晶相,都總是或多或少存在某些缺陷,因為：首先晶體在生長過程中,總是不可避免地受到外界環(huán)境中各種復雜因素不同程度影響,不可能按理想發(fā)育,即質點排列不嚴格服從空間格子規(guī)律,可能存在空位、間隙離子、位錯、鑲嵌結構等缺陷,外形可能不規(guī)則.另外,晶體形成后,還會受到外界各種因素作用如溫度、溶解、擠壓、扭曲等等.
晶體缺陷：各種偏離晶體結構中質點周期重復排列的因素,嚴格說,造成晶體點陣結構周期勢場畸變的一切因素.
如晶體中進入了一些雜質.這些雜質也會占據(jù)一定的位置,這樣破壞了原質點排列的周期性,在二十世紀中期,發(fā)現(xiàn)晶體中缺陷的存在,它嚴重影響晶體性質,有些是決定性的,如半導體導電性質,幾乎完全是由外來雜質原子和缺陷存在決定的,許多離子晶體的顏色、發(fā)光等.另外,固體的強度,陶瓷、耐火材料的燒結和固相反應等等均與缺陷有關,晶體缺陷是近三、四年國內外科學研究十分注意的一個內容.
根據(jù)缺陷的作用范圍把真實晶體缺陷分四類：
點缺陷：在三維尺寸均很小,只在某些位置發(fā)生,只影響鄰近幾個原子.
線缺陷：在二維尺寸小,在另一維尺寸大,可被電鏡觀察到.
面缺陷：在一維尺寸小,在另二維尺寸大,可被光學顯微鏡觀察到.
體缺陷：在三維尺寸較大,如鑲嵌塊,沉淀相,空洞,氣泡等.
一、點缺陷
按形成的原因不同分三類：
1 熱缺陷（晶格位置缺陷）
在晶體點陣的正常格點位出現(xiàn)空位,不該有質點的位置出現(xiàn)了質點（間隙質點）.
2 組成缺陷
外來質點（雜質）取代正常質點位置或進入正常結點的間隙位置.
3 電荷缺陷
晶體中某些質點個別電子處于激發(fā)狀態(tài),有的離開原來質點,形成自由電子,在原來電子軌道上留下了電子空穴.
1. 缺陷符號及缺陷反應方程式
缺陷符號 以二元化合物MX為例
1） 晶格空位：正常結點位沒有質點,VM,VX
2） 間隙離子：除正常結點位置外的位置出現(xiàn)了質點,Mi ,Xx
3） 錯位離子：M排列在X位置,或X排列在M位置上,若處在正常結點位置上,則MM,XX
4） 取代離子：外來雜質L進入晶體中,若取代M,則LM,若取代X,則LX,若占據(jù)間隙位,則Li.
5） 自由電子 e’（代表存在一個負電荷）,表示有效電荷.
6） 電子空穴 h•(代表存在一個正電荷),•表示有效正電荷
如：
從NaCl晶體中取走一個Na+,留下一個空位 造成電價不平衡,多出負一價 .相當于取走Na原子加一個負有效負電荷,e失去→自由電子,剩下位置為電子空穴h•
7） 復合缺陷
同時出現(xiàn)正負離子空位時,形成復合缺陷,雙空位.
VM+VX→（VM- VX）
缺陷反應方程式
必須遵守三個原則
1） 位置平衡——反應前后位置數(shù)不變（相對物質位置而言）
2） 質點平衡——反應前后質量不變（相對加入物質而言）
3） 電價平衡——反應前后呈電中性
例：將CaCl2引入KCl中：
將CaO引入ZrO2中
注意：只從缺陷反應方程看,只要符合三個平衡就是對的,但實際上往往只有一種是對的,這要知道其它條件才能確定哪個缺陷反應是正確的.
確定（1）式密度增加,要根據(jù)具體實驗和計算.
2. 熱缺陷（晶格位置缺陷)
只要晶體的溫度高于絕對零度,原子就要吸收熱能而運動,但由于固體質點是牢固結合在一起的,或者說晶體中每一個質點的運動必然受到周圍質點結合力的限制而只能以質點的平衡位置為中心作微小運動,振動的幅度隨溫度升高而增大,溫度越高,平均熱能越大,而相應一定溫度的熱能是指原子的平均動能,當某些質點大于平均動能就要離開平衡位置,在原來的位置上留下一個空位而形成缺陷,實際上在任何溫度下總有少數(shù)質點擺脫周圍離子的束縛而離開原來的平衡位置,這種由于熱運動而產生的點缺陷——熱缺陷.
熱缺陷兩種基本形式：
a-弗侖克爾缺陷, b-肖特基缺陷
(1) 弗侖克爾缺陷
具有足夠大能量的原子（離子）離開平衡位置后,擠入晶格間隙中,形成間隙原子離子）,在原來位置上留下空位.
特點：空位與間隙粒子成對出現(xiàn),數(shù)量相等,晶體體積不發(fā)生變化.
在晶體中弗侖克爾缺陷的數(shù)目多少與晶體結構有很大關系,格點位質點要進入間隙位,間隙必須要足夠大,如螢石（CaF2）型結構的物質空隙較大,易形成,而NaCl型結構不易形成.總的來說,離子晶體,共價晶體形成該缺陷困難.
(2) 肖特基缺陷
表面層原子獲得較大能量,離開原來格點位跑到表面外新的格點位,原來位置形成空位這樣晶格深處的原子就依次填入,結果表面上的空位逐漸轉移到內部去.
特點：體積增大,對離子晶體、正負離子空位成對出現(xiàn),數(shù)量相等.結構致密易形成肖特基缺陷.
晶體熱缺陷的存在對晶體性質及一系列物理化學過程,導電、擴散、固相反應、燒結等產生重要影響,適當提高溫度,可提高缺陷濃度,有利于擴散,燒結作用,外加少量填加劑也可提高熱缺陷濃度,有些過程需要最大限度避免缺陷產生, 如單晶生產,要非常快冷卻.
3. 組成缺陷
主要是一種雜質缺陷,在原晶體結構中進入了雜質原子,它與固有原子性質不同,破壞了原子排列的周期性,雜質原子在晶體中占據(jù)兩種位置（1）填隙位（2）格點位
4. 電荷缺陷 (Charge defect)
從物理學中固體的能帶理論來看,非金屬固體具有價帶,禁帶和導帶,當在OR時,導帶全部完善,價帶全部被電子填滿,由于熱能作用或其它能量傳遞過程 ,價帶中電子得到一能量Eg,而被激發(fā)入導帶,這時在導帶中存在一個電子,在價帶留一孔穴,孔穴也可以導電,這樣雖末破壞原子排列的周期性,在由于孔穴和電子分別帶有正負電荷,在它們附近形成一個附加電場,引起周期勢場畸變,造成晶體不完整性稱電荷缺陷.
例：純半導體禁帶較寬,價電帶電子很難越過禁帶進入導帶,導電率很低,為改善導電性,可采用摻加雜質的辦法,如在半導體硅中摻入P和B,摻入一個P,則與周圍Si原子形成四對共價鍵,并導出一個電子,叫施主型雜質,這個多余電子處于半束縛狀態(tài),只須填加很少能量,就能躍遷到導帶中,它的能量狀態(tài)是在禁帶上部靠近導帶下部的一個附加能級上,叫施主能級,叫n型半導體.當摻入一個B,少一個電子,不得不向其它Si原子奪取一個電子補充,這就在Si原子中造成空穴,叫受主型雜質,這個空穴也僅增加一點能量就能把價帶中電子吸過來,它的能量狀態(tài)在禁帶下部靠近價帶頂部一個附加能級,叫受主能級,叫P型半導體,自由電子,空穴都是晶體一種缺
點缺陷在實踐中有重要意義：燒成燒結,固相反應,擴散,對半導體,電絕緣用陶瓷有重要意義,使晶體著色等.
二、線缺陷
實際晶體在結晶時,受到雜質,溫度變化或振動產生的應力作用或晶體由于受到打擊,切割等機械應力作用,使晶體內部質點排列變形,原子行列間相互滑移,不再符合理想晶體的有序排列,形成線狀缺陷.
位錯直觀定義：晶體中已滑移面與未滑移面的邊界線.
這種線缺陷又稱位錯,注意：位錯不是一條幾何線,而是一個有一定寬度的管道,位錯區(qū)域質點排列嚴重畸變,有時造成晶體面網(wǎng)發(fā)生錯動.對晶體強度有很大影響.
位錯主要有兩種：刃型位錯和螺型位錯.
1. 刃型位錯
其形式可以設想為：在一完整晶體,沿BCEF晶面橫切一刀,從BC→AD,將ABCD面上半部分,作用以壓力δ,使之產生滑移,距離 （柏氏矢量晶格常數(shù)或數(shù)倍）滑移面BCEF,滑移區(qū)ABCD,未滑移區(qū)ADEF,AD為已滑移區(qū)交界線—位錯線.
正面看簡圖：如上圖
滑移上部多出半個原子面,就象刀刃一樣（劈木材）稱刃型位錯.
特點：滑移方向與位錯線垂直,符號⊥,有多余半片原子面.
2. 螺型位錯
其形成可設想為：在一完整晶體,沿ABCD晶面橫切一刀,在ABCD面上部分沿X方向施一力δ,使其生產滑移 ,滑移區(qū)ABCD未滑移區(qū)ADEF,交界線AD（位錯線）
特點：滑移方向與位錯線平行,與位錯線垂直的面不是平面,呈螺施狀,稱螺型位錯.
刃型位錯與螺型位錯區(qū)別：
a-正常面網(wǎng), b-刃型位錯, c-螺型位錯
主要從各自特點區(qū)別：
刃型：滑移方向與位錯線垂直,多半個原子面,位錯線可為曲線.
螺型：滑移方向與位錯線平行,呈螺旋狀,位錯線直線.
由于位錯的存在對晶體的生長,雜質在晶體中的擴散,晶體內鑲嵌結構的形成及晶體的高溫蠕變性等一系列性質和過程都有重要影響.
晶體位錯的研究方法：通常用光學顯微鏡,X光衍射電子衍射和電子顯微鏡等技術進行直接觀察和間接測定.
位錯具有以下基本性質：
(1)位錯是晶體中原子排列的線缺陷,不是幾何意義的線,是有一定尺度的管道.
(2)形變滑移是位錯運動的結果,并不是說位錯是由形變產生的,因為一塊生長很完事的晶體中,本身就存在很多位錯.
(3)位錯線可以終止在晶體的表面（或多晶體的晶界上）,但不能終止在一個完事的晶體內部.
(4)在位錯線附近有很大應力集中,附近原子能量較高,易運動.
三、面缺陷
涉及較大范圍（二維方向）、晶界、晶面、堆垛層錯.
1. 晶面：由于晶體表面處的離子或原子具有不飽和鍵,有很大反應活性,表面結構出現(xiàn)不對稱性,使點陣受到很大彎曲變形,因而能量比內部能量高,是一種缺陷.
2. 晶界：晶粒之間交界面,晶粒間取向不同出現(xiàn)晶粒間界,在晶粒界面上的排列是一種過渡狀態(tài)與兩晶粒都不相同.
1）小角度晶界（鑲嵌塊）
尺寸在10-6-10-8m的小晶塊,彼此間以幾秒到 的微小（ ）角度傾斜相交,形成鑲嵌結構,有人認為是棱位錯,由于晶粒以微小角度相交,可以認為合并在一起,在晶界面是形成了一系列刃型位錯.
2）大角度晶界,各晶面取向互不相同,交角較大,在多晶體中,晶體可能出現(xiàn)大角度晶界.在這種晶界中,頂點排列接近無序狀態(tài),晶界處是缺陷位置,所以能量較高,可吸附外來質點.晶界是原子或離子擴散的快速通道,也是空位消除的地方,這種特殊作用對固相反應,燒結起重要作用,對陶瓷、耐火材料等多晶材料性能如蠕變、強度等力學性能和極化、損耗等介電性能影響較大.
3. 堆垛層錯
離子堆垛過程中發(fā)生了層次錯動,出現(xiàn)堆垛層錯,如面心立方堆積形式為ABCABCA……→ABCACBABC中間的B層和C層發(fā)生了層次錯動,出現(xiàn)缺陷（一般了解）
非化學計量化合物
定義：化合物中各元素的原子數(shù)之比不是簡單的整數(shù)而出現(xiàn)了分數(shù),如Fe1-xO,Cu2-xO,Co1-xO等.
四、可偏離化合式的化合物
在基礎化學中學到的化合物的分子式都是符合定比定律的,即元素的原子數(shù)之比為簡單整數(shù)比,如FeO,Fe/O=1/1,TiO2, Ti/O=1/2等,現(xiàn)在認為這種嚴格按化學計量形成的化合物是一種特殊情況,而普遍存在著所謂非化學計量化合物.
非化學計量化合物缺陷有四種類型：
(1) 陽離子過剩,形成陰離子空位
TiO2,ZrO2會產生這種缺陷,分子式為TiO2-x, ZrO2-x,從化學計量觀念,正負離子比為1：2,由于揣氧不足,在晶體中存在氧空位,而變?yōu)榉腔瘜W計量化合物.從化學觀念看,缺氧TiO2可以看作是四價鈦和三價鈦氧化物的固體溶液,即Ti2O3在TiO2中的固溶體,或從電中性考慮,Ti由四價→三價,原因：Ti4+獲得一個電子→Ti3+,所獲得的電了是由于氧不足脫離. 正常TiO2晶格結點放出的,在電場作用下,這一電子可以一個鈦離子位置遷移到另一個鈦離子位置,并非固定在某一鈦離子上,從而形成電子電導,具有這種缺陷的材料稱n型半導體.這種非化學計量化合物缺陷方程可寫成：例：在還原氣氛下TiO2→TiO2-x
也可看成部分O由晶格逸出變成氣體：
可見：這種非化學計量化合物的形成多是由變價正離子構成的氧化物,由高價變?yōu)榈蛢r,形成負離子空位,還有ThO2,CeO2等,與氣氛有關.
(2) 陽離子過剩,形成間隙陽離子
如ZnO、CdO→Zn1+xo,Cd1+xO,過剩的金屬離子進入間隙位,為保持電中性,等價電子被束縛在間隙位的金屬離子周圍.例：ZnO在鋅蒸氣中加熱,顏色逐漸加深變化.
(3) 負電子過剩,形成間隙負離子.
目前吸發(fā)現(xiàn)有UO2+X,可以看作U3O8在UO2中的固溶體,當負離子過剩進入間隙位置時,結構中必須出現(xiàn)兩個電子空穴,以平衡整體電中性,相應正離子電價升高,電子空穴在電場作用下產生運動,這種材料稱P型半導體.
(4) 負離子過剩形成正離子空位
由于存在正離子空位,為保持電中性,在正離子空位周圍捕獲電子空位,因此其也是P型半導體,如Cu2O、FeO即是.例：FeO在氧氣下形成這種缺陷,實際上是Fe2O3在FeO中形成的固溶體（高價取代低價）,即2個Fe3+取代3個Fe2+,同時在晶格中形成個正離子空位,在氧氣條件下,氧氣進入FeO晶格結構中,變?yōu)檠蹼x子,必須從鐵離子獲得兩個電子,使Fe2+→Fe3+,并形成VFe.
可見,非化學計量化合物缺陷的形成主要受氣氛影響,也與溫度有關,嚴格說,世界上所有化合物都是非化學計量的,只是程度不同而已.