【文章內(nèi)容簡介】 體的對稱性不僅表現(xiàn)在外部形態(tài)上，而且其內(nèi)部構(gòu)造也同樣也是對稱的。 　　 鎵, 一種很容易結(jié)成大塊單晶的金屬在晶體的外形以及其他宏觀表現(xiàn)中還反映了晶體結(jié)構(gòu)的對稱性。晶體的理想外形或其結(jié)構(gòu)都是對稱圖象。這類圖象都能經(jīng)過不改變其中任何兩點間距離的操作後復原。這樣的操作稱為對稱操作,平移、旋轉(zhuǎn)、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(jié)構(gòu)中空間點陣所代表的是與平移有關(guān)的對稱性，此外，還可以含有與旋轉(zhuǎn)、反映和倒反有關(guān)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(jié)構(gòu)中必須與空間點陣共存，并互相制約。制約的結(jié)果有二: 　?、倬w結(jié)構(gòu)中只能存在4和6次對稱軸， 　?、诳臻g點陣只能有 14種形式。n次對稱軸的基本旋轉(zhuǎn)操作為旋轉(zhuǎn)360176。/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(jié)構(gòu)雖然仍符合上述規(guī)則性，但絕不是如設(shè)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(gòu)成,而是由大量小塊晶體組成,即多晶體。在整塊材料內(nèi)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。 晶體編輯本段預制　　大多數(shù)天然晶體都是一個原子接一個原子或一個分子接一個分子來完成的但是JillianBanfield和同事們發(fā)現(xiàn)了一些晶體，它們是由含有成百上千個原子的“預制”納米晶體裝配而成。據(jù)一篇相關(guān)的研究評述，這種晶體的塊生長方式可能會對制造用于光學和電子設(shè)備(比如激光或硬盤)的人工材料有用。水鐵石（ferrihydrite）的天然的預制晶體是由細菌合成的，在被水淹了的礦的爛泥里能找到，水鐵石靠排列的納米晶體連接起來而生長。這種生長晶體的方式引入特有的缺陷，可能會影響晶體在以后反應中的性質(zhì)。 編輯本段晶體缺陷　　在二十世紀初葉，人們?yōu)榱颂接懳镔|(zhì)的變化和性質(zhì)產(chǎn)生的原因，紛紛從微觀角度來研究晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，特別是X射線衍射的出現(xiàn)，揭示出晶體內(nèi)部質(zhì)點排列的規(guī)律性，認為內(nèi)部質(zhì)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(jié)構(gòu)學說。 　　前面講到的都是理想的晶體結(jié)構(gòu)，實際上這種理想的晶體結(jié)構(gòu)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(zhì)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中質(zhì)點周期重復排列的因素，嚴格說，造成晶體點陣結(jié)構(gòu)周期勢場畸變的一切因素。 　　如晶體中進入了一些雜質(zhì)。這些雜質(zhì)也會占據(jù)一定的位置，這樣破壞了原質(zhì)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(zhì)，有些是決定性的，如半導體導電性質(zhì)，幾乎完全是由外來雜質(zhì)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(jié)和固相反應等等均與缺陷有關(guān)，晶體缺陷是近三、四年國內(nèi)外科學研究十分注意的一個內(nèi)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。 編輯本段幾點缺陷　　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(zhì)點的位置出現(xiàn)了質(zhì)點（間隙質(zhì)點）。 　　2 組成缺陷 　　外來質(zhì)點（雜質(zhì)）取代正常質(zhì)點位置或進入正常結(jié)點的間隙位置。 　　3 電荷缺陷 　　晶體中某些質(zhì)點個別電子處于激發(fā)狀態(tài)，有的離開原來質(zhì)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(jié)點位沒有質(zhì)點，VM，VX 　　2） 間隙離子：除正常結(jié)點位置外的位置出現(xiàn)了質(zhì)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(jié)點位置上，則MM，XX 　　4） 取代離子：外來雜質(zhì)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(zhì)位置而言） 　　2） 質(zhì)點平衡——反應前后質(zhì)量不變（相對加入物質(zhì)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(zhì)點是牢固結(jié)合在一起的，或者說晶體中每一個質(zhì)點的運動必然受到周圍質(zhì)點結(jié)合力的限制而只能以質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(chǎn)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(jié)構(gòu)有很大關(guān)系，格點位質(zhì)點要進入間隙位，間隙必須要足夠大，如螢石（CaF2）型結(jié)構(gòu)的物質(zhì)空隙較大，易形成，而NaCl型結(jié)構(gòu)不易形成?？偟膩碚f，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(jié)果表面上的空位逐漸轉(zhuǎn)移到內(nèi)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(jié)構(gòu)致密易形成肖特基缺陷。 　　晶體熱缺陷的存在對晶體性質(zhì)及一系列物理化學過程，導電、擴散、固相反應、燒結(jié)等產(chǎn)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(jié)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(chǎn)生, 如單晶生產(chǎn)，要非?？炖鋮s。 　　3. 組成缺陷 　　主要是一種雜質(zhì)缺陷，在原晶體結(jié)構(gòu)中進入了雜質(zhì)原子，它與固有原子性質(zhì)不同，破壞了原子排列的周期性，雜質(zhì)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(zhì)的辦法，如在半導