固体缺陷 9787301226599 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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英蒂利 著

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出版社： 北京大学出版社

ISBN：9787301226599

商品编码：29646206908

包装：平装

出版时间：2013-06-01

图书基本信息
图书名称	固体缺陷	作者	(英)蒂利
定价	89.00元	出版社	北京大学出版社
ISBN	9787301226599	出版日期	2013-06-01
字数		页码
版次	1	装帧	平装
开本	16开	商品重量	0.740Kg

内容简介

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。

作者简介

RichardJ.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。

目录

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 1.9.1Schottky缺陷 1.9.2Frenkel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 2.4Lil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

编辑推荐

文摘

序言

《物质世界的无形织网：探索晶体缺陷的奇妙旅程》 浩瀚的宇宙，从微观的原子排列到宏观的星系结构，无不展现着秩序与和谐之美。然而，在构成我们物质世界的基石——晶体中，这种完美的秩序并非总是纯粹无瑕。恰恰相反，正是那些看似“不完美”的“缺陷”，在很大程度上塑造了物质的性能，驱动了现代科技的飞速发展。本书旨在带领读者潜入晶体世界的深层肌理，揭开那些肉眼不可见的“无形织网”——晶体缺陷的神秘面纱，理解它们是如何形成、如何影响物质的宏观性质，以及人类又是如何巧妙地利用这些缺陷来创造出令人惊叹的技术奇迹。 第一章：完美晶体的神话与现实 我们常常想象中的晶体，如璀璨的钻石，是完美的几何结构，原子整齐划一地排列在理想的位置上。然而，这种理想状态在现实世界中几乎不存在。本章将首先阐释理想晶体的概念，从原子尺度上的周期性排列出发，构建起一个理论上的完美模型。我们将深入了解不同类型的晶体结构，例如面心立方、体心立方、六方密堆积等，并通过直观的图示和生动的比喻，让读者理解原子如何在三维空间中构成有序的网络。 然而，理想终究是理想。现实中的晶体，如同历史悠久的建筑，总会在岁月的打磨或建造过程中的疏忽下留下痕迹。这些痕迹，便是晶体缺陷。本章将破除“完美晶体”的神话，引入晶体缺陷的概念，强调其普遍性与重要性。我们将初步认识到，缺陷并非简单的“瑕疵”，而是物质结构中不可分割的一部分，它们与宏观性质之间存在着深刻的联系。通过对比理想晶体模型与真实晶体，读者将建立起对晶体世界“不完美”却“真实”的认知基础。 第二章：缺陷的种类与形态：显微镜下的真相 晶体缺陷并非单一的存在，它们以多种多样的形式出现在晶体之中，如同在一张精美的织锦上，针脚的疏密、丝线的缠绕、甚至是微小的污点，都构成了其独特的纹理。本章将对晶体缺陷进行系统性的分类和详尽的描述，从不同的维度展现缺陷的形态。 首先，我们将聚焦于零维缺陷（点缺陷）。这是最简单也是最基础的缺陷类型，它们局限于晶格中的单个原子位置。我们将详细介绍空位（Vacancy），即晶格中缺少一个原子造成的空穴；以及间隙原子（Interstitial Atom），即一个额外的原子挤占了两个正常原子之间的空隙。对于离子晶体，我们还将探讨如何理解化学计量比的破坏，例如弗伦克尔缺陷（Frenkel Defect）和肖特基缺陷（Schottky Defect），它们分别代表了晶格中离子的移位和缺失。这些微小的缺陷，虽然看起来不起眼，却对物质的扩散、导电性等性能有着至关重要的影响。 其次，我们将步入一维缺陷（线缺陷）的世界，即位错（Dislocation）。位错是晶体中最常见的也是对塑性变形起着决定性作用的缺陷。我们将区分刃位错（Edge Dislocation）和螺位错（Screw Dislocation）的几何结构，并利用生动的类比，例如建筑中层与层之间的错位、或者将纸张螺旋式卷起，来帮助读者理解位错的形成机制和运动方式。位错的滑移和攀移是材料发生永久变形的关键，理解它们的工作原理，也就理解了金属为何能够被锻打成各种形状。 接着，我们将探索二维缺陷（面缺陷）。最典型的面缺陷是晶界（Grain Boundary），这是由不同取向的微晶（晶粒）接触而形成的界面。我们将解释晶界是如何产生以及其对材料性质的影响，例如在多晶材料中，晶界会阻碍位错的运动，从而提高材料的强度。此外，我们还会提及表面（Surface）本身也可以被视为一种二维缺陷，因为表面原子的配位数低于体材料，具有更高的能量。 最后，我们将触及三维缺陷（体缺陷），例如孔洞（Void）、夹杂物（Inclusion）和第二相析出（Precipitates）。这些较大的缺陷通常是材料加工过程中的产物，它们的存在会显著影响材料的力学性能、光学性能甚至电学性能。 通过对各种缺陷形态的细致描绘，并辅以高分辨率显微成像技术（如透射电子显微镜）的原理和成像示例，本章将让读者直观地“看见”这些微观的“不完美”，并初步领略到它们在物质世界中的多样性。 第三章：缺陷的形成机制：大自然的雕塑家 晶体缺陷并非凭空产生，它们是大自然在物质形成和演化过程中，多种力量共同作用下的必然产物。本章将深入探究晶体缺陷的主要形成机制，揭示其背后的物理和化学原理。 我们将从热力学角度解析缺陷的形成。任何宏观系统的演化都趋向于能量的最低状态和熵的最高状态。在晶体中，引入缺陷会打乱原子的有序排列，增加系统的熵，但这同时也会增加系统的内能（因为原子键被破坏或形成新的非理想键）。因此，缺陷的形成是一个能量与熵相互制约的过程。在一定的温度下，存在一个最优的缺陷浓度，使得吉布斯自由能达到最小。我们将通过引入缺陷形成能的概念，解释为何高温下空位浓度会显著升高，从而影响物质的扩散速率。 其次，我们将探讨晶体生长过程中的动态缺陷形成。无论是溶液结晶、熔体凝固还是气相外延，晶体在生长过程中都可能因为生长速度过快、杂质引入、或者能量势垒等原因而产生缺陷。例如，在快速凝固时，原子来不及在理想位置上安顿，就可能形成位错或晶界。 外应力的作用也是产生缺陷的重要因素。当晶体受到拉伸、压缩、弯曲或扭转等外力时，原子键会发生变形，局部区域的原子排布会发生改变，从而产生或移动位错，导致塑性变形。本章将解释外力如何驱动位错滑移，以及导致材料屈服和断裂的微观机制。 化学环境和杂质的影响也不容忽视。在多组分系统中，不同元素的原子尺寸、电负性和化学键合能力不同，它们可能替代晶格原子形成固溶体，也可能在晶界或空位处聚集，形成杂质缺陷。这些杂质缺陷有时会极大地改变材料的性能，例如，微量杂质的引入可以极大地提高半导体的导电性，也可以使金属变得更脆。 最后，我们将讨论辐照诱导缺陷。在高能粒子（如中子、电子、离子）的轰击下，晶体中的原子会被击出原来的位置，形成空位和间隙原子对，甚至引发更复杂的缺陷结构。这种机制在核材料、半导体器件的辐照损伤研究中尤为重要。 通过对这些形成机制的深入剖析，读者将理解晶体缺陷并非偶然的“事故”，而是物质在特定环境下进行“自我塑形”的必然过程。 第四章：缺陷的“魔力”：性能调控的基石 正是这些看似“不完美”的缺陷，赋予了晶体材料丰富多彩的性能，并成为人类调控物质性质、创造先进技术的关键。本章将聚焦于晶体缺陷如何深刻地影响材料的宏观性能，展现其“魔力”所在。 力学性能是受缺陷影响最直接的方面之一。如前所述，位错的运动是材料塑性变形的根源。理解位错的产生、运动和相互作用，是掌握金属塑性加工、强度提高（如通过加工硬化、固溶强化、沉淀强化）以及韧性改善的关键。本章将深入探讨如何通过控制缺陷密度和分布来设计具有特定力学性能的材料，例如高强度钢、韧性铝合金等。 电学和光学性能也与缺陷息息相关。在半导体材料中，掺杂（即故意引入杂质原子作为缺陷）是制造PN结、实现电流控制的根本。少量的杂质原子（如硅中的磷或硼）可以显著改变硅的导电类型和导电能力，从而制造出晶体管、二极管等核心电子器件。此外，晶格缺陷，如氧空位，是许多氧化物半导体和透明导电材料的载流子来源。在光学领域，某些缺陷可以作为发光中心，用于制造LED和激光器，例如氮原子在金刚石中的发光特性。同时，晶界和位错也是光在晶体中传播的散射源，影响材料的光学透明度。 扩散和传输性能也离不开缺陷。原子的扩散，即原子在晶格中的迁移，主要依赖于空位作为“跳板”。空位的浓度和迁移能垒直接决定了扩散的速率，这在高温合金的服役性能、陶瓷的烧结过程以及半导体的离子注入中都至关重要。 催化性能方面，晶体表面的缺陷，如边缘、角和空位，通常具有更高的催化活性，因为它们能提供更多的未饱和配位原子，更容易吸附反应物分子，降低反应活化能。例如，金属纳米颗粒的表面缺陷是许多工业催化过程的关键活性位点。 磁性性能也可能受到缺陷的影响。例如，晶界可能会对磁畴壁的移动产生阻碍，影响材料的磁导率；而特定的点缺陷甚至可以改变材料的磁矩。 通过列举大量具体的材料实例，从传统金属到现代半导体、磁性材料、催化剂，本章将生动地展示晶体缺陷如何成为“万能调控器”，为工程师和科学家们提供了丰富的设计空间，以满足日益增长的技术需求。 第五章：缺陷工程：人类智慧的创造性应用 认识到晶体缺陷的重要性后，人类并没有满足于被动接受，而是积极主动地进行“缺陷工程”，即通过人为地控制缺陷的产生、分布和性质，来设计和制造具有特定功能的材料。本章将聚焦于缺陷工程在现代科技中的创造性应用，展现人类的智慧如何将“不完美”转化为“卓越”。 半导体工业是缺陷工程最成功的典范。从最初的硅晶体提纯，到有目的地掺杂，再到通过光刻技术在硅片上制造出纳米尺度的复杂电路，每一步都离不开对点缺陷（掺杂原子）的精准控制。晶体管、集成电路、闪存芯片等所有现代电子产品，其核心都是基于对半导体晶体缺陷的巧妙运用。 材料强化的技术，如热处理（退火、淬火、回火）、形变强化（冷加工、轧制）以及沉淀强化（合金化），本质上都是在调控材料中的位错和第二相粒子等缺陷。通过优化工艺参数，可以使位错密度达到最优，或者形成细小均匀的第二相粒子，从而显著提高材料的强度、硬度和韧性。 功能陶瓷的开发也离不开缺陷工程。例如，在氧化锆中加入稀土氧化物（如Y2O3），会引入氧空位，从而提高其韧性，使其成为优良的结构陶瓷。在铁电陶瓷和压电陶瓷中，点缺陷和晶界缺陷对材料的电学性能有着至关重要的影响。 核材料的设计是另一个典型的例子。核反应堆中的结构材料必须能够承受高温、高压和强辐射。通过合金化和热处理等手段，可以控制材料中的晶界、位错和第二相粒子，以提高其抗辐照损伤能力和高温强度。 新型能源材料的研发也广泛应用缺陷工程。例如，在钙钛矿太阳能电池中，控制晶格缺陷可以提高其光电转换效率和稳定性。在锂离子电池的正负极材料中，设计特定的空位结构可以优化锂离子的扩散和储存性能。 本章还将介绍一些前沿的缺陷工程技术，例如晶格应力工程（通过外延生长等方式在晶格中引入应力，从而改变电子结构和材料性能）、表面缺陷工程（通过等离子体处理、刻蚀等方法在材料表面制造特定类型的缺陷以提高催化活性或生物相容性）以及原子层沉积（ALD）等精密制备技术，它们为精确控制缺陷提供了前所未有的能力。 通过本章的学习，读者将深刻理解，晶体缺陷不再是“麻烦的制造者”，而是“无限可能的创造者”。人类通过对这些微观世界的深刻理解和高超的操控技艺，正在不断地突破材料性能的极限，驱动着科技的每一次飞跃。 结语 《物质世界的无形织网：探索晶体缺陷的奇妙旅程》这本书，并非仅仅是一本关于科学知识的堆砌。它是一次深入物质世界肌理的探索，一次对“不完美”中蕴含的“完美”规律的追寻，一次对人类智慧如何驾驭微观世界、创造宏观奇迹的赞颂。从对理想晶体纯粹秩序的认知，到对各种缺陷形态及其形成机制的揭示，再到对缺陷如何赋予物质生命般性能的理解，最终升华到人类如何通过“缺陷工程”这一强大的工具，塑造出我们今天所依赖的先进科技。 我们希望通过本书，读者能够建立起一种全新的视角：看待物质世界，不再只关注其宏观的、显而易见的外观，更能深入到微观的原子层面，理解那些无形的“织网”——晶体缺陷，是如何以其独特的方式，编织出物质世界的精彩，并引领着我们不断走向更加智能、更加高效、更加美好的未来。这趟奇妙的旅程，将启发我们对科学探索的敬畏，对技术创新的热情，以及对物质世界无限可能性的惊叹。

评分☆☆☆☆☆

这本书的购买纯属偶然，我当时正在寻找一本关于晶体学基础的参考书，偶然间瞥见了《固体缺陷》的封面，立刻被它吸引住了。我通常不太会购买那些名字听起来非常“硬核”的专业书籍，但这本书的排版和设计却显得十分精致，让我产生了好奇。拿到手中后，我惊喜地发现，这本书的内容远比我最初想象的要丰富得多。它并非仅仅罗列各种缺陷的定义和分类，而是以一种非常系统和深入的方式，将固体缺陷置于材料科学的宏大背景下进行考察。作者对不同晶体结构中缺陷的形成机制、热力学驱动力以及动力学演化过程进行了详尽的分析，这对于我理解材料的微观结构与其宏观性能之间的关系非常有帮助。书中关于相变动力学和晶界扩散的章节尤其令我印象深刻，它们提供了对许多材料加工过程中发生的复杂现象的深刻见解。我曾对某些合金在高温下的性能衰减感到困惑，读完这部分内容后，我终于找到了理论上的解释，这让我感到非常有成就感。这本书的语言虽然专业，但作者在解释复杂概念时，常常会引用一些类比和生活中的例子，这使得阅读过程更加有趣和易于理解。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对微观世界充满好奇的科研工作者，在工作中经常需要查阅与材料性能相关的文献。《固体缺陷》这本书以其严谨的学术态度和详实的论证，迅速成为了我的案头常备。它不仅仅是一本介绍固体缺陷的书籍，更是一本关于理解材料本质的工具书。我尤其欣赏书中对不同尺度缺陷的系统性阐述，从原子尺度的点缺陷，到晶体尺度的位错和晶界，再到宏观尺度的裂纹，作者都进行了详细的介绍和分析。书中对于各种缺陷的形成机制、迁移规律以及对材料宏观性能影响的论述，都具有极高的参考价值。例如，在解释半导体材料的掺杂效应时，书中对杂质原子如何引入额外载流子的详细分析，为我理解器件的性能提供了重要的理论支撑。此外，书中关于缺陷对材料强度、韧性和疲劳性能的影响的论述，也为我的材料设计和优化工作提供了宝贵的指导。这本书的语言严谨而专业，但通过清晰的逻辑结构和图文并茂的展示，使得复杂的内容也变得易于理解。

评分☆☆☆☆☆

在寻找一些关于材料结构与性能之间关系的深入探讨时，我偶然发现了《固体缺陷》这本书。一开始，我对“缺陷”这个词有些保留，总觉得它带有负面的含义，但这本书彻底改变了我的看法。它让我认识到，所谓的“缺陷”在许多情况下，恰恰是赋予材料特殊性能的关键。作者在书中详细阐述了多种类型的点缺陷，例如空位、填隙原子和取代原子，并深入分析了它们如何影响材料的电学、磁学和光学性质。我特别被书中关于非化学计量化合物中缺陷存在的讨论所吸引，这解释了为什么某些氧化物和硫化物在特定气氛下会表现出独特的导电性。此外，书中关于位错理论的讲解也让我受益匪浅，它不仅解释了材料的塑性变形机制，还为理解材料的强化和韧化提供了理论基础。我之前对金属的加工硬化一直感到好奇，读完这部分内容后，我才明白这与位错的缠结和增殖密切相关。这本书的深度和广度都令我印象深刻，它不仅是一本教材，更是一部关于材料微观世界的精彩百科全书。

评分☆☆☆☆☆

当我第一次接触到《固体缺陷》这本书时，就被它深邃的标题所吸引。在我的理解中，材料的“缺陷”似乎总是意味着某种程度的“不完美”，然而，这本书却以一种全新的视角，向我揭示了缺陷在现代材料科学中的重要作用。作者在书中系统地阐述了点缺陷、线缺陷、面缺陷以及体缺陷等多种固体缺陷的分类、形成机理及其对材料性能的影响。我尤其对书中关于位错理论的讲解印象深刻，它深入浅出地解释了材料塑性变形的微观机制，这对于理解金属材料的力学行为至关重要。此外，书中关于晶界和孪晶界等面缺陷的讨论，也让我对材料的微观结构与宏观性质之间的联系有了更深刻的认识。我之前对一些材料在高温下发生晶粒粗化和性能退化的现象感到困惑，读完这本书后，我才意识到这与晶界的迁移和缺陷的扩散有着密切的关系。这本书的学术严谨性和内容的深度都令人赞叹，它不仅为我提供了丰富的理论知识，更启发了我对材料科学研究的新思路。

评分☆☆☆☆☆

这本书真是让我大开眼界！作为一名业余的材料科学爱好者，我一直对固体内部的微小世界充满好奇。这本书的标题——《固体缺陷》，光听名字就充满了神秘感，让我迫不及待地想要一探究竟。拿到书后，我被它厚重的篇幅和精美的插图所吸引，这预示着它绝非一本浅尝辄止的入门读物。我翻开第一页，就被作者严谨的语言和清晰的逻辑深深吸引。虽然有些专业术语一开始让我有些吃力，但作者总是能用非常生动的比喻和深入浅出的讲解来化解，让我感觉就像在听一位经验丰富的教授在娓娓道来。书中详细阐述了各种类型的固体缺陷，从点缺陷到线缺陷，再到面缺陷，每一个概念都解释得条理分明。更让我惊喜的是，书中不仅仅停留在理论层面，还结合了大量的实验数据和实际应用案例，让我看到了这些微观缺陷是如何影响宏观材料性能的，比如它们如何影响金属的强度、半导体的导电性，甚至是陶瓷的脆性。我尤其对书中关于位错理论的讲解印象深刻，作者将抽象的位错运动可视化，让我能够清晰地理解材料在受力时是如何发生形变的。这本书让我对材料科学有了全新的认识，也激发了我进一步深入学习的兴趣。