晶格空位

✍ dations ◷ 2025-06-27 21:48:02 #晶格空位

在晶体学中, 一个晶格空位是晶体的点缺陷之一。当一个晶格格位上缺失了一个粒子（原子，离子甚至分子），这种缺陷既为晶格空位。除了被称为晶质的缺陷的晶体本质上具有的不完整性外，晶格空位有时是由于温度改变或受到辐射等外部因素造成的。晶格空位自然存在于所有晶体。对于每一个小于该物质熔点的温度，都存在一个晶格空位平衡浓度（具有空位的格位和其他格位的比率）。一些金属在熔点温度具有大约为0.1%的平衡浓度。 .晶格空位的形成可以简单的认为是晶体中的一个原子和它邻近原子间的结合力被破坏的结果。当这个原子离开它原本所处的格位，它将受到晶体表面的拉扯，并和其它处于表面的原子间再度形成结合。在任何已知温度，产生一个空位所需的能量会因为产生的空位使晶体内部混乱化而减少。这种混乱度使用熵来度量。晶体每增加一个空位，其熵也会增加，表现为产生这些空位所需的总能量在减少。这些能量被称为自由能，也是这个温度下产生一个晶格空位平衡浓度所需的能量。因为离子晶体最终要达到电荷平衡，它不能形成单一的空位（既其晶格空位必须成对出现）。离子晶体中的晶体空位可能由萧特基缺陷或弗仑克尔缺陷形成。晶格空位的存在到20世纪中期仍然是未被确定。直到1947年美国化学家柯肯达尔发表其关于我们今天称作柯肯达尔效应的论文后，晶格空位才开始被关注，因为其的扩散力学性质和晶体内不存在晶格空位的部分大不相同。从1950年开始，晶体空位的学说开始被承认，并逐渐被认为是解释扩散问题的不可缺少的一环。晶格空位的证明和其扩散浓度的确定是在确定正电子的寿命的过程中实现的。由于晶格空位会让正电子的势能得到释放，正电子在晶体中扩散时会以移动到晶格空位为优先选择。因为晶格空位的电子密度比晶体的其他部分低，处于期间的正电子的寿命将增加。对晶体放射的测量同样可以确定空位的位置，对其寿命的测量可以判断出空位的大概大小。另一种很常用的方法是腐蚀法：使用腐蚀的方法得到晶体的显微照片，位错和表面的交点是明显的空隙。

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