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第1章 点缺陷1

1.1引言1

1.2晶体中的点缺陷和电子缺陷3

1.3电子特性：以掺杂的硅和掺杂的锗为例6

1.4光学性能：以F心和红宝石为例8

1.5体相性能11

1.5.1晶胞尺度11

1.5.2密度12

1.5.3体积14

1.5.4杨氏模量（弹性模量）15

1.6热电性能：以Seebeck（塞贝克）系数为例16

1.7点缺陷标记18

1.8缺陷所带电荷19

1.8.1电子和电子空穴19

1.8.2原子缺陷和离子缺陷19

1.9点缺陷的平衡：Schottky（肖特基）缺陷和Frenkel（弗仑克尔）缺陷22

1.9.1 Schottky缺陷22

1.9.2 Frenkel缺陷24

1.10反占位缺陷（错置缺陷）25

1.11缺陷形成和反应方程27

1.11.1原子的增加和减少27

1.11.2方程形式28

1.11.3反占位缺陷的形成29

1.11.4氧化镍29

1.11.5氧化镉30

1.11.6氧化钙稳定的氧化锆31

1.11.7三元氧化物32

1.12纯物质中点缺陷的结合33

1.13点缺陷分布的结构状况34

1.14引言问题的解答35

问题和练习36

参考文献38

扩展阅读39

第2章 化学计量化合物中的本征点缺陷40

2.1单原子晶体中的空位平衡40

2.2单原子晶体中的自间隙原子平衡44

2.3晶体中的Schottky缺陷平衡45

2.4 LiI电池47

2.5晶体中的Frenkel缺陷平衡49

2.6感光膜（照相底片）51

2.7光色玻璃（光致变色玻璃）54

2.8晶体中的反占位缺陷平衡55

2.9本征缺陷：研究趋势和进一步的考虑56

2.10缺陷能的计算57

2.10.1缺陷计算57

2.10.2点缺陷的相互作用59

2.10.3原子模拟60

2.10.4壳模型63

2.10.5缺陷形成能65

2.10.6量子力学计算66

2.11引言问题的解答67

问题和练习68

参考文献70

扩展阅读71

第3章 扩展缺陷73

3.1位错73

3.2刃型位错75

3.3螺型位错80

3.4混合位错83

3.5单元位错和不全位错（分位错）84

3.6位错增殖87

3.7位错与点缺陷的交互作用89

3.7.1位错环89

3.7.2位错攀移91

3.7.3位错的缀饰91

3.8非金属晶体中的位错93

3.9内界面96

3.10小角晶界98

3.11孪晶界99

3.12反相畴界103

3.13畴和铁性体材料105

3.13.1磁结构105

3.13.2铁电结构106

3.13.3铁性体结构107

3.14外表面和晶界（晶粒边界，晶粒间界）108

3.14.1多晶体的光学特性110

3.14.2界面电子特性111

3.14.3压敏电阻113

3.14.4正温度系数热敏电阻114

3.15体缺陷和析出相（沉淀相）116

3.16引言问题的解答118

问题和练习119

扩展阅读121

第4章 成分变化对结构的各种影响123

4.1成分变化以及非化学计量123

4.1.1相图和固体共存123

4.1.2非化学计量化合物124

4.1.3相图和组成125

4.2置换式固溶体127

4.3点缺陷和偏离化学计量130

4.3.1置换式点缺陷：砷化镓（GaAs）131

4.3.2空位：氧化钴（CoO）132

4.3.3间隙（原）子：La2CuO4和Sr2CuO2F2132

4.3.4间隙式杂质：合金和氢化物134

4.3.5缺陷变化：氧化锌（ZnO）134

4.3.6有缺陷的尖晶石（M2O3）135

4.4缺陷团簇135

4.4.1点缺陷聚集135

4.4.2氧化亚铁，浮氏体（Wustite）136

4.4.3超化学计量的二氧化铀138

4.4.4负离子过剩的萤石型结构140

4.4.5负离子缺位的萤石型结构144

4.5缺陷嵌入147

4.6插层149

4.7线缺陷152

4.8模块结构153

4.8.1晶体学切变相155

4.8.2孪生和组成变化160

4.8.3化学孪生161

4.8.4钙钛矿相关的结构163

4.8.5失配层化合物168

4.8.6五氧化二铌块体结构170

4.9排序和吸收172

4.10调制结构174

4.10.1结构调制174

4.10.2钇的氟氧化物及相关结构175

4.10.3 U3 O）8相关结构176

4.10.4 Srx TiS3及相关结构178

4.11引言问题的解答179

问题和练习180

扩展阅读183

第5章 缺陷和扩散186

5.1扩散186

5.2固体中的扩散188

5.3晶体中的随机行走扩散193

5.4扩散机制194

5.4.1空位扩散194

5.4.2间隙扩散196

5.4.3间隙子扩散198

5.4.4杂质和团簇扩散机制200

5.4.5扩散路径201

5.5点缺陷浓度和扩散205

5.6相关因子206

5.7扩散系数随温度的变化210

5.8温度变化和本征扩散214

5.9扩散机制和杂质217

5.10化学的和双极性的扩散218

5.11位错和晶界扩散220

5.12在非晶态和玻璃固体中的扩散221

5.13引言问题的解答222

问题和练习223

扩展阅读226

第6章 绝缘体中的本征和非本征缺陷：离子电导228

6.1离子电导228

6.1.1固体中的离子电导228

6.1.2基础概念229

6.2离子电导的机制231

6.2.1随机行走模型231

6.2.2离子电导率与扩散系数间的关系235

6.2.3离子电导率和缺陷236

6.3阻抗测量237

6.4电化学电池和电池239

6.5无序的正离子化合物241

6.6 β3-氧化铝型氧化物243

6.6.1β-氧化铝相关相的理想构造243

6.6.2β-氧化铝中的缺陷246

6.6.3β”-氧化铝中的缺陷247

6.6.4离子导电性247

6.6.5使用β”-氧化铝的电池248

6.7离子导电性的提高250

6.8氧化钙稳定的氧化锆和与之相关的快氧离子导体252

6.8.1结构和萤石型结构氧化物中氧的扩散252

6.8.2自由能和氧化物的化学计量253

6.8.3氧传感器254

6.8.4氧气泵和库仑滴定256

6.9质子（H离子）导体257

6.10固体氧化物燃料电池258

6.11引言问题的解答259

问题和练习261

扩展阅读264

第7章 非化学计量和本征导电性266

7.1氧化物中的非化学计量和电子缺陷266

7.1.1电子的和离子的补偿266

7.1.2金属过量相266

7.1.3氧过量相268

7.2电导率与缺陷270

7.2.1电导率和缺陷浓度270

7.2.2空穴，电子和价态270

7.2.3局域电子和极化子271

7.2.4缺陷和跳跃电导率272

7.2.5能带与跳跃式电导273

7.2.6 Seebeck效应和化学计量学275

7.3化学计量，缺陷数量和分压276

7.3.1平衡分压276

7.3.2相律277

7.4缺陷数随分压的变化281

7.4.1金属过量氧化物281

7.4.2氧过量氧化物282

7.4.3 Ba2In2O5283

7.5布劳沃图285

7.5.1初始假设285

7.5.2缺陷平衡286

7.5.3化学计量点：离子缺陷286

7.5.4近化学计量：离子缺陷288

7.5.5高X2分压：离子缺陷289

7.5.6低X2分压：离子缺陷291

7.5.7完全相图：离子缺陷292

7.6布劳沃图：电子缺陷293

7.6.1电子缺陷293

7.6.2近化学计量：电子缺陷293

7.6.3高X2分压：电子缺陷296

7.6.4低X2分压：电子缺陷297

7.6.5完整布劳沃图：电子缺陷298

7.7布劳沃图：更复杂的例子299

7.7.1 Cr2O299

7.7.2 Ba2In2O5300

7.8布劳沃图：温度的影响301

7.9布劳沃图的多项式形式301

7.9.1离子缺陷302

7.9.2电子缺陷304

7.10引言问题的解答305

问题和练习306

参考文献309

扩展阅读310

第8章 非化学计量及非本征导电性311

8.1杂质原子的影响311

8.2氧化物中的杂质312

8.2.1施主杂质312

8.2.2 Cr2O3的施主掺杂312

8.2.3受主掺杂313

8.2.4 NiO的受主掺杂313

8.3负温度系数（NTC）热敏电阻314

8.4掺杂体系的布劳沃图317

8.4.1构建317

8.4.2一般趋势：MX320

8.5金属和绝缘体321

8.5.1对La2CuO4的受主掺杂321

8.5.2对Nd2CuO4的施主掺杂322

8.5.3尖晶石体系Li1+x Ti2-x O4324

8.6铜酸盐高温超导体325

8.6.1钙钛矿相关结构325

8.6.2空穴掺杂329

8.6.3缺陷结构330

8.7混合型电子/离子导体335

8.7.1萤石型结构氧化物：CeO2-8335

8.7.2层状结构：Lix MX2336

8.7.3钙钛矿型结构氧化物的受主掺杂338

8.8混合型质子/电子导体341

8.8.1混合型质子导体341

8.8.2混合型质子电导的布劳沃图342

8.8.3混合型电导的电荷载流子图形表示343

8.9补偿机制的选择346

8.10引言问题的解答347

问题和练习348

扩展阅读351

第9章 磁性缺陷和光学缺陷352

9.1磁性缺陷352

9.2半导体中的磁性缺陷355

9.3铁氧体中的磁性缺陷357

9.4辉钴矿和水锰矿中的电荷和自旋态358

9.5扩展的磁性缺陷361

9.6光学缺陷363

9.6.1吸收和散射363

9.6.2能级365

9.6.3固体中的能级366

9.7颜料，矿物和宝石368

9.7.1过渡金属和镧系元素离子的颜色368

9.7.2颜色和杂质缺陷369

9.8光致发光371

9.8.1能量降低和下转换371

9.8.2上转换372

9.9固体激光器377

9.9.1辐射的发射377

9.9.2红宝石激光器：三能级激光器377

9.9.3钕（Nd3+）激光器：四能级激光器379

9.10色心380

9.10.1 F心380

9.10.2电子和空穴心382

9.10.3表面色心383

9.10.4复杂色心：激光和光子行为384

9.11电致变色薄膜386

9.12光致磁性387

9.13引言问题的解答389

问题和练习390

扩展阅读393

补充材料394

S1晶体结构394

S1.1晶系和晶胞394

S1.2晶面和Miller指数395

S1.3晶向398

S1.4晶体结构399

扩展阅读407

S2能带理论407

S2.1能带407

S2.2绝缘体、半导体和金属408

S2.3半导体和绝缘体中的点缺陷及能带410

S2.4过渡金属氧化物411

S3 Seebeck系数（热电系数）412

S3.1 Seebeck系数和嫡412

S3.2 Seebeck系数和缺陷分布413

S4 Schottky缺陷和Frenkel缺陷416

S4.1通过位形嫡获得Schottky缺陷平衡浓度416

S4.2 Stirling近似417

S4.3通过位形嫡获得Frenkel缺陷平衡浓度418

S5扩散420

S5.1扩散方程420

S5.2非稳态扩散420

S5.3随机行走扩散422

S5.4浓度分布（图）426

S5.5 Fick扩散定律和扩散方程428

S5.6渗透深度（透深）430

S6磁性能431

S6.1原子的磁性431

S6.2磁性材料的类型432

S6.3晶体场分裂434

问题和练习答案436

化学式索引446

主题索引452