固体缺陷 中外物理学精品书系 下载 pdf 百度网盘 epub 免费 2025 电子版 mobi 在线

　　缺陷对于材料的物理性能和化学性能均具有重要的作用。事实上，通过对缺陷的调控和利用，推动了基于硅材料的现代计算机工业、固态激光、电池科学、固体氧化物燃料电池、储氢以及显示技术等诸多方面的发展。《中外物理学精品书系·引进系列：固体缺陷》共9章，系统地阐述了固体中的缺陷、缺陷的形成和缺陷对材料物理性能的影响方式，以帮助各领域的科学家在研制新材料或改进材料的过程中对缺陷进行有效的控制和利用。《中外物理学精品书系·引进系列：固体缺陷》内容主要包括：（1）缺陷物理和缺陷化学的基本概念；（2）理论原理与实际应用的联系；（3）缺陷在固体电池、快离子导体、燃料电池、传感器以及铜氧超导体中的关键应用；（4）点缺陷化学、线缺陷和面缺陷、非化学计量和晶体结构、固体扩散、离子传导、本征电子传导和非本征电子传导，以及磁性缺陷和光学缺陷。此外，每章都在其开篇处就提出引导性的特定问题以提醒读者关注，并在章末附加了讨论题和练习题等。

本书重点反映了近年来具有代表性的振奋人心的前沿研究成果，这对于材料工程、半导体、信息存储和传输、液晶显示（LCD）技术以及相关领域的学术研究和工业研究都是巨大的鼓舞。同时，本书也是适用于材料科学与工程、固体物理、固体化学和无机化学等专业高年级本科生和研究生的高水准教材。

第1章 点缺陷

1.1 引言

1.2 晶体中的点缺陷和电子缺陷

1.3 电子特性：以掺杂的硅和掺杂的锗为例

1.4 光学性能：以F心和红宝石为例

1.5 体相性能

1.5.1 晶胞尺度

1.5.2 密度

1.5.3 体积

1.5.4 杨氏模量（弹性模量）

1.6 热电性能：以Seebeck（塞贝克）系数为例

1.7 点缺陷标记

1.8 缺陷所带电荷

1.8.1 电子和电子空穴

1.8.2 原子缺陷和离子缺陷

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

1.9.1 Schottky缺陷

1.9.2 Frenkel缺陷

1.10 反占位缺陷（错置缺陷）

1.11 缺陷形成和反应方程

1.11.1 原子的增加和减少

1.11.2 方程形式

1.11.3 反占位缺陷的形成

1.11.4 氧化镍

1.11.5 氧化镉

1.11.6 氧化钙稳定的氧化锆

1.11.7 三元氧化物

1.12 纯物质中点缺陷的结合

1.13 点缺陷分布的结构状况

1.14 引言问题的解答

问题和练习

参考文献

扩展阅读

第2章 化学计量化合物中的本征点缺陷

2.1 单原子晶体中的空位平衡

2.2 单原子晶体中的自间隙原子平衡

2.3 晶体中的Schottky缺陷平衡

2.4 Lil电池

2.5 晶体中的Frenkel缺陷平衡

2.6 感光膜（照相底片）

2.7 光色玻璃（光致变色玻璃）

2.8 晶体中的反占位缺陷平衡

2.9 本征缺陷：研究趋势和进一步的考虑

2.10 缺陷能的计算

2.10.1 缺陷计算

2.10.2 点缺陷的相互作用

2.10.3 原子模拟

2.10.4 壳模型

2.10.5 缺陷形成能

2.10.6 量子力学计算

2.11 引言问题的解答

问题和练习

参考文献

扩展阅读

第3章 扩展缺陷

3.1 位错

3.2 刃型位错

3.3 螺型位错

3.4 混合位错

3.5 单元位错和不全位错（分位错）

3.6 位错增殖

……

第4章 成分变化对结构的各种影响

第5章 缺陷和扩散

第6章 绝缘体中的本征和非本征缺陷：离子电导

第7章 非化学计量和本征导电性

第8章 非化学计量及非本征导电性

第9章 磁性缺陷和光学缺陷

补充材料

问题和练习答案

化学式索引

主题索引

　　Richard J.D.Tilley，理学博士，哲学博士，英国威尔士Cardiff大学工程学院退休教授，曾在固体材料科学领域发表大量的成果，包括180篇学术论文、15部著作、5部教材以及许多的书评。

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前言

　　在20世纪人们就已经认识到，固体的许多性能受其化学组成以及晶体中连接组分原子的化学键所制约，但制约程度并不是那么大，性能更多地受控于结构中的缺陷。随着时间的推移，这个问题变得越来越重要。确确实实，固体物理和固体化学的方方面面都受到了来自研究对象材料中所出现的缺陷的重大影响。整个基于硅材料的现代计算机工业，其创建的基础是高纯晶体中的精密掺杂技术。固态激光利用了杂质原子的活性。电池科学、固体氧化物燃料电池、储氢材料和显示技术等，都需要依赖于基体材料的缺陷知识。

　　随着对缺陷改进固体性能的方式的逐步认识，缺陷的概念也经历了一个重大的发展过程。最早的或许也是最简单的固体缺陷概念就是处于晶体中正常原子位置的错置原子或说杂质，即所谓的点缺陷。认识点缺陷后不久，又提出了线缺陷、位错等概念来解释金属和晶体生长中所出现的一系列物质特性变化，包括力学性能等。近年来，缺陷之间的交互作用或缺陷反应、缺陷聚集或缺陷簇等已显然成为十分重要的概念。

　　对缺陷理解的提升与尖端实验技术的大力发展密不可分。最初的突破是在X射线衍射分析方面实现的，这一技术至今仍为大多数研究工作提供基础支持。透射电子显微镜（TEM）带来了进一步的改观，通过该技术第一次获得了分辨率在原子尺度的缺陷图像。其后，计算技术的进展，与强大的绘图功能结合在一起，为研究材料缺陷结构迎来了全新的景象。

　　除了各种各样的缺陷之外，还有许多存在这些缺陷的固相组织。合金、金属硫化物、结晶氟化物、硅酸盐玻璃或非晶态聚合物之间的差别是巨大的。此外，晶体生长和纳米粒子制备技术的发展已经改变了早期研究的观念，这些早期的观念一般基于多晶固体，有时是杂质含量不确定的多晶固体。

　　所有这些变化都意味着过去20年来对固体缺陷认识的变化。本书的目的就是总体描述这种发展状况。然而，这一主题涵盖了众多的学科领域，因此必然要进行内容的选择。另外，关于固体缺陷的课程，无论是对于物理、化学、地质、材料科学、工程学等专业的本科生还是研究生，通常都是限制在整个学习计划中一个相对较小的部分。本书内容的选择则不但覆盖了固体缺陷的基础知识，同时还包含了近年来研究前沿的诸多方面。遗憾的是，关于缺陷影响力学性能的内容基本没有写进本书，表面和表面缺陷的重要内容也只是一笔带过。同样地，本书也绕开了纳米科学方面的研究内容。这是因为相关文献正在飞速增长，没有足够的时间来筛选这些海量的信息。虽然略去这些内容是一件可惜的事情，但这些内容有望撰写成本系列的新作。最后必须提及的是，本书的重点主要是基本原理，而对重要的实验研究很少触笔。这是一个遗憾，但由于时间和篇幅的限制，这又是不得已的。希望将来出版的新作可以弥补这一不足。