固體缺陷 9787301226599 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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英蒂利 著

圖書標籤:

• 固體物理
• 材料科學
• 晶體缺陷
• 材料力學
• 物理學
• 半導體
• 材料工程
• 缺陷物理
• 金屬材料
• 無機材料

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齣版社： 北京大學齣版社

ISBN：9787301226599

商品編碼：29646206908

包裝：平裝

齣版時間：2013-06-01

圖書基本信息
圖書名稱	固體缺陷	作者	(英)蒂利
定價	89.00元	齣版社	北京大學齣版社
ISBN	9787301226599	齣版日期	2013-06-01
字數		頁碼
版次	1	裝幀	平裝
開本	16開	商品重量	0.740Kg

內容簡介

缺陷對於材料的物理性能和化學性能均具有重要的作用。事實上，通過對缺陷的調控和利用，推動瞭基於矽材料的現代計算機工業、固態激光、電池科學、固體氧化物燃料電池、儲氫以及顯示技術等諸多方麵的發展。《中外物理學精品書係·引進係列：固體缺陷》共9章，係統地闡述瞭固體中的缺陷、缺陷的形成和缺陷對材料物理性能的影響方式，以幫助各領域的科學傢在研製新材料或改進材料的過程中對缺陷進行有效的控製和利用。《中外物理學精品書係·引進係列：固體缺陷》內容主要包括：（1）缺陷物理和缺陷化學的基本概念；（2）理論原理與實際應用的聯係；（3）缺陷在固體電池、快離子導體、燃料電池、傳感器以及銅氧超導體中的關鍵應用；（4）點缺陷化學、綫缺陷和麵缺陷、非化學計量和晶體結構、固體擴散、離子傳導、本徵電子傳導和非本徵電子傳導，以及磁性缺陷和光學缺陷。此外，每章都在其開篇處就提齣引導性的特定問題以提醒讀者關注，並在章末附加瞭討論題和練習題等。 　　本書重點反映瞭近年來具有代錶性的振奮人心的前沿研究成果，這對於材料工程、半導體、信息存儲和傳輸、液晶顯示（LCD）技術以及相關領域的學術研究和工業研究都是巨大的鼓舞。同時，本書也是適用於材料科學與工程、固體物理、固體化學和無機化學等專業高年級本科生和研究生的高水準教材。

作者簡介

RichardJ.D.Tilley，理學博士，哲學博士，英國威爾士Cardiff大學工程學院退休教授，曾在固體材料科學領域發錶大量的成果，包括180篇學術論文、15部著作、5部教材以及許多的書評。

目錄

章點缺陷 1.1引言 1.2晶體中的點缺陷和電子缺陷 1.3電子特性：以摻雜的矽和摻雜的鍺為例 1.4光學性能：以F心和紅寶石為例 1.5體相性能 1.5.1晶胞尺度 1.5.2密度 1.5.3體積 1.5.4楊氏模量（彈性模量） 1.6熱電性能：以Seebeck（塞貝剋）係數為例 1.7點缺陷標記 1.8缺陷所帶電荷 1.8.1電子和電子空穴 1.8.2原子缺陷和離子缺陷 1.9點缺陷的平衡：Schottky（肖特基）缺陷和Frenkel（弗侖剋爾）缺陷 1.9.1Schottky缺陷 1.9.2Frenkel缺陷 1.10反占位缺陷（錯置缺陷） 1.11缺陷形成和反應方程 1.11.1原子的增加和減少 1.11.2方程形式 1.11.3反占位缺陷的形成 1.11.4氧化鎳 1.11.5氧化鎘 1.11.6氧化鈣穩定的氧化鋯 1.11.7三元氧化物 1.12純物質中點缺陷的結閤 1.13點缺陷分布的結構狀況 1.14引言問題的解答 問題和練習 參考文獻 擴展閱讀 第2章化學計量化閤物中的本徵點缺陷 2.1單原子晶體中的空位平衡 2.2單原子晶體中的自間隙原子平衡 2.3晶體中的Schottky缺陷平衡 2.4Lil電池 2.5晶體中的Frenkel缺陷平衡 2.6感光膜（照相底片） 2.7光色玻璃（光緻變色玻璃） 2.8晶體中的反占位缺陷平衡 2.9本徵缺陷：研究趨勢和進一步的考慮 2.10缺陷能的計算 2.10.1缺陷計算 2.10.2點缺陷的相互作用 2.10.3原子模擬 2.10.4殼模型 2.10.5缺陷形成能 2.10.6量子力學計算 2.11引言問題的解答 問題和練習 參考文獻 擴展閱讀 第3章擴展缺陷 3.1位錯 3.2刃型位錯 3.3螺型位錯 3.4混閤位錯 3.5單元位錯和不全位錯（分位錯） 3.6位錯增殖 …… 第4章成分變化對結構的各種影響 第5章缺陷和擴散 第6章絕緣體中的本徵和非本徵缺陷：離子電導 第7章非化學計量和本徵導電性 第8章非化學計量及非本徵導電性 第9章磁性缺陷和光學缺陷 補充材料 問題和練習答案 化學式索引 主題索引

編輯推薦

文摘

序言

《物質世界的無形織網：探索晶體缺陷的奇妙旅程》 浩瀚的宇宙，從微觀的原子排列到宏觀的星係結構，無不展現著秩序與和諧之美。然而，在構成我們物質世界的基石——晶體中，這種完美的秩序並非總是純粹無瑕。恰恰相反，正是那些看似“不完美”的“缺陷”，在很大程度上塑造瞭物質的性能，驅動瞭現代科技的飛速發展。本書旨在帶領讀者潛入晶體世界的深層肌理，揭開那些肉眼不可見的“無形織網”——晶體缺陷的神秘麵紗，理解它們是如何形成、如何影響物質的宏觀性質，以及人類又是如何巧妙地利用這些缺陷來創造齣令人驚嘆的技術奇跡。 第一章：完美晶體的神話與現實 我們常常想象中的晶體，如璀璨的鑽石，是完美的幾何結構，原子整齊劃一地排列在理想的位置上。然而，這種理想狀態在現實世界中幾乎不存在。本章將首先闡釋理想晶體的概念，從原子尺度上的周期性排列齣發，構建起一個理論上的完美模型。我們將深入瞭解不同類型的晶體結構，例如麵心立方、體心立方、六方密堆積等，並通過直觀的圖示和生動的比喻，讓讀者理解原子如何在三維空間中構成有序的網絡。 然而，理想終究是理想。現實中的晶體，如同曆史悠久的建築，總會在歲月的打磨或建造過程中的疏忽下留下痕跡。這些痕跡，便是晶體缺陷。本章將破除“完美晶體”的神話，引入晶體缺陷的概念，強調其普遍性與重要性。我們將初步認識到，缺陷並非簡單的“瑕疵”，而是物質結構中不可分割的一部分，它們與宏觀性質之間存在著深刻的聯係。通過對比理想晶體模型與真實晶體，讀者將建立起對晶體世界“不完美”卻“真實”的認知基礎。 第二章：缺陷的種類與形態：顯微鏡下的真相 晶體缺陷並非單一的存在，它們以多種多樣的形式齣現在晶體之中，如同在一張精美的織錦上，針腳的疏密、絲綫的纏繞、甚至是微小的汙點，都構成瞭其獨特的紋理。本章將對晶體缺陷進行係統性的分類和詳盡的描述，從不同的維度展現缺陷的形態。 首先，我們將聚焦於零維缺陷（點缺陷）。這是最簡單也是最基礎的缺陷類型，它們局限於晶格中的單個原子位置。我們將詳細介紹空位（Vacancy），即晶格中缺少一個原子造成的空穴；以及間隙原子（Interstitial Atom），即一個額外的原子擠占瞭兩個正常原子之間的空隙。對於離子晶體，我們還將探討如何理解化學計量比的破壞，例如弗倫剋爾缺陷（Frenkel Defect）和肖特基缺陷（Schottky Defect），它們分彆代錶瞭晶格中離子的移位和缺失。這些微小的缺陷，雖然看起來不起眼，卻對物質的擴散、導電性等性能有著至關重要的影響。 其次，我們將步入一維缺陷（綫缺陷）的世界，即位錯（Dislocation）。位錯是晶體中最常見的也是對塑性變形起著決定性作用的缺陷。我們將區分刃位錯（Edge Dislocation）和螺位錯（Screw Dislocation）的幾何結構，並利用生動的類比，例如建築中層與層之間的錯位、或者將紙張螺鏇式捲起，來幫助讀者理解位錯的形成機製和運動方式。位錯的滑移和攀移是材料發生永久變形的關鍵，理解它們的工作原理，也就理解瞭金屬為何能夠被鍛打成各種形狀。 接著，我們將探索二維缺陷（麵缺陷）。最典型的麵缺陷是晶界（Grain Boundary），這是由不同取嚮的微晶（晶粒）接觸而形成的界麵。我們將解釋晶界是如何産生以及其對材料性質的影響，例如在多晶材料中，晶界會阻礙位錯的運動，從而提高材料的強度。此外，我們還會提及錶麵（Surface）本身也可以被視為一種二維缺陷，因為錶麵原子的配位數低於體材料，具有更高的能量。 最後，我們將觸及三維缺陷（體缺陷），例如孔洞（Void）、夾雜物（Inclusion）和第二相析齣（Precipitates）。這些較大的缺陷通常是材料加工過程中的産物，它們的存在會顯著影響材料的力學性能、光學性能甚至電學性能。 通過對各種缺陷形態的細緻描繪，並輔以高分辨率顯微成像技術（如透射電子顯微鏡）的原理和成像示例，本章將讓讀者直觀地“看見”這些微觀的“不完美”，並初步領略到它們在物質世界中的多樣性。 第三章：缺陷的形成機製：大自然的雕塑傢 晶體缺陷並非憑空産生，它們是大自然在物質形成和演化過程中，多種力量共同作用下的必然産物。本章將深入探究晶體缺陷的主要形成機製，揭示其背後的物理和化學原理。 我們將從熱力學角度解析缺陷的形成。任何宏觀係統的演化都趨嚮於能量的最低狀態和熵的最高狀態。在晶體中，引入缺陷會打亂原子的有序排列，增加係統的熵，但這同時也會增加係統的內能（因為原子鍵被破壞或形成新的非理想鍵）。因此，缺陷的形成是一個能量與熵相互製約的過程。在一定的溫度下，存在一個最優的缺陷濃度，使得吉布斯自由能達到最小。我們將通過引入缺陷形成能的概念，解釋為何高溫下空位濃度會顯著升高，從而影響物質的擴散速率。 其次，我們將探討晶體生長過程中的動態缺陷形成。無論是溶液結晶、熔體凝固還是氣相外延，晶體在生長過程中都可能因為生長速度過快、雜質引入、或者能量勢壘等原因而産生缺陷。例如，在快速凝固時，原子來不及在理想位置上安頓，就可能形成位錯或晶界。 外應力的作用也是産生缺陷的重要因素。當晶體受到拉伸、壓縮、彎麯或扭轉等外力時，原子鍵會發生變形，局部區域的原子排布會發生改變，從而産生或移動位錯，導緻塑性變形。本章將解釋外力如何驅動位錯滑移，以及導緻材料屈服和斷裂的微觀機製。 化學環境和雜質的影響也不容忽視。在多組分係統中，不同元素的原子尺寸、電負性和化學鍵閤能力不同，它們可能替代晶格原子形成固溶體，也可能在晶界或空位處聚集，形成雜質缺陷。這些雜質缺陷有時會極大地改變材料的性能，例如，微量雜質的引入可以極大地提高半導體的導電性，也可以使金屬變得更脆。 最後，我們將討論輻照誘導缺陷。在高能粒子（如中子、電子、離子）的轟擊下，晶體中的原子會被擊齣原來的位置，形成空位和間隙原子對，甚至引發更復雜的缺陷結構。這種機製在核材料、半導體器件的輻照損傷研究中尤為重要。 通過對這些形成機製的深入剖析，讀者將理解晶體缺陷並非偶然的“事故”，而是物質在特定環境下進行“自我塑形”的必然過程。 第四章：缺陷的“魔力”：性能調控的基石 正是這些看似“不完美”的缺陷，賦予瞭晶體材料豐富多彩的性能，並成為人類調控物質性質、創造先進技術的關鍵。本章將聚焦於晶體缺陷如何深刻地影響材料的宏觀性能，展現其“魔力”所在。 力學性能是受缺陷影響最直接的方麵之一。如前所述，位錯的運動是材料塑性變形的根源。理解位錯的産生、運動和相互作用，是掌握金屬塑性加工、強度提高（如通過加工硬化、固溶強化、沉澱強化）以及韌性改善的關鍵。本章將深入探討如何通過控製缺陷密度和分布來設計具有特定力學性能的材料，例如高強度鋼、韌性鋁閤金等。 電學和光學性能也與缺陷息息相關。在半導體材料中，摻雜（即故意引入雜質原子作為缺陷）是製造PN結、實現電流控製的根本。少量的雜質原子（如矽中的磷或硼）可以顯著改變矽的導電類型和導電能力，從而製造齣晶體管、二極管等核心電子器件。此外，晶格缺陷，如氧空位，是許多氧化物半導體和透明導電材料的載流子來源。在光學領域，某些缺陷可以作為發光中心，用於製造LED和激光器，例如氮原子在金剛石中的發光特性。同時，晶界和位錯也是光在晶體中傳播的散射源，影響材料的光學透明度。 擴散和傳輸性能也離不開缺陷。原子的擴散，即原子在晶格中的遷移，主要依賴於空位作為“跳闆”。空位的濃度和遷移能壘直接決定瞭擴散的速率，這在高溫閤金的服役性能、陶瓷的燒結過程以及半導體的離子注入中都至關重要。 催化性能方麵，晶體錶麵的缺陷，如邊緣、角和空位，通常具有更高的催化活性，因為它們能提供更多的未飽和配位原子，更容易吸附反應物分子，降低反應活化能。例如，金屬納米顆粒的錶麵缺陷是許多工業催化過程的關鍵活性位點。 磁性性能也可能受到缺陷的影響。例如，晶界可能會對磁疇壁的移動産生阻礙，影響材料的磁導率；而特定的點缺陷甚至可以改變材料的磁矩。 通過列舉大量具體的材料實例，從傳統金屬到現代半導體、磁性材料、催化劑，本章將生動地展示晶體缺陷如何成為“萬能調控器”，為工程師和科學傢們提供瞭豐富的設計空間，以滿足日益增長的技術需求。 第五章：缺陷工程：人類智慧的創造性應用 認識到晶體缺陷的重要性後，人類並沒有滿足於被動接受，而是積極主動地進行“缺陷工程”，即通過人為地控製缺陷的産生、分布和性質，來設計和製造具有特定功能的材料。本章將聚焦於缺陷工程在現代科技中的創造性應用，展現人類的智慧如何將“不完美”轉化為“卓越”。 半導體工業是缺陷工程最成功的典範。從最初的矽晶體提純，到有目的地摻雜，再到通過光刻技術在矽片上製造齣納米尺度的復雜電路，每一步都離不開對點缺陷（摻雜原子）的精準控製。晶體管、集成電路、閃存芯片等所有現代電子産品，其核心都是基於對半導體晶體缺陷的巧妙運用。 材料強化的技術，如熱處理（退火、淬火、迴火）、形變強化（冷加工、軋製）以及沉澱強化（閤金化），本質上都是在調控材料中的位錯和第二相粒子等缺陷。通過優化工藝參數，可以使位錯密度達到最優，或者形成細小均勻的第二相粒子，從而顯著提高材料的強度、硬度和韌性。 功能陶瓷的開發也離不開缺陷工程。例如，在氧化鋯中加入稀土氧化物（如Y2O3），會引入氧空位，從而提高其韌性，使其成為優良的結構陶瓷。在鐵電陶瓷和壓電陶瓷中，點缺陷和晶界缺陷對材料的電學性能有著至關重要的影響。 核材料的設計是另一個典型的例子。核反應堆中的結構材料必須能夠承受高溫、高壓和強輻射。通過閤金化和熱處理等手段，可以控製材料中的晶界、位錯和第二相粒子，以提高其抗輻照損傷能力和高溫強度。 新型能源材料的研發也廣泛應用缺陷工程。例如，在鈣鈦礦太陽能電池中，控製晶格缺陷可以提高其光電轉換效率和穩定性。在鋰離子電池的正負極材料中，設計特定的空位結構可以優化鋰離子的擴散和儲存性能。 本章還將介紹一些前沿的缺陷工程技術，例如晶格應力工程（通過外延生長等方式在晶格中引入應力，從而改變電子結構和材料性能）、錶麵缺陷工程（通過等離子體處理、刻蝕等方法在材料錶麵製造特定類型的缺陷以提高催化活性或生物相容性）以及原子層沉積（ALD）等精密製備技術，它們為精確控製缺陷提供瞭前所未有的能力。 通過本章的學習，讀者將深刻理解，晶體缺陷不再是“麻煩的製造者”，而是“無限可能的創造者”。人類通過對這些微觀世界的深刻理解和高超的操控技藝，正在不斷地突破材料性能的極限，驅動著科技的每一次飛躍。 結語 《物質世界的無形織網：探索晶體缺陷的奇妙旅程》這本書，並非僅僅是一本關於科學知識的堆砌。它是一次深入物質世界肌理的探索，一次對“不完美”中蘊含的“完美”規律的追尋，一次對人類智慧如何駕馭微觀世界、創造宏觀奇跡的贊頌。從對理想晶體純粹秩序的認知，到對各種缺陷形態及其形成機製的揭示，再到對缺陷如何賦予物質生命般性能的理解，最終升華到人類如何通過“缺陷工程”這一強大的工具，塑造齣我們今天所依賴的先進科技。 我們希望通過本書，讀者能夠建立起一種全新的視角：看待物質世界，不再隻關注其宏觀的、顯而易見的外觀，更能深入到微觀的原子層麵，理解那些無形的“織網”——晶體缺陷，是如何以其獨特的方式，編織齣物質世界的精彩，並引領著我們不斷走嚮更加智能、更加高效、更加美好的未來。這趟奇妙的旅程，將啓發我們對科學探索的敬畏，對技術創新的熱情，以及對物質世界無限可能性的驚嘆。

評分☆☆☆☆☆

當我第一次接觸到《固體缺陷》這本書時，就被它深邃的標題所吸引。在我的理解中，材料的“缺陷”似乎總是意味著某種程度的“不完美”，然而，這本書卻以一種全新的視角，嚮我揭示瞭缺陷在現代材料科學中的重要作用。作者在書中係統地闡述瞭點缺陷、綫缺陷、麵缺陷以及體缺陷等多種固體缺陷的分類、形成機理及其對材料性能的影響。我尤其對書中關於位錯理論的講解印象深刻，它深入淺齣地解釋瞭材料塑性變形的微觀機製，這對於理解金屬材料的力學行為至關重要。此外，書中關於晶界和孿晶界等麵缺陷的討論，也讓我對材料的微觀結構與宏觀性質之間的聯係有瞭更深刻的認識。我之前對一些材料在高溫下發生晶粒粗化和性能退化的現象感到睏惑，讀完這本書後，我纔意識到這與晶界的遷移和缺陷的擴散有著密切的關係。這本書的學術嚴謹性和內容的深度都令人贊嘆，它不僅為我提供瞭豐富的理論知識，更啓發瞭我對材料科學研究的新思路。

評分☆☆☆☆☆

我是一名對微觀世界充滿好奇的科研工作者，在工作中經常需要查閱與材料性能相關的文獻。《固體缺陷》這本書以其嚴謹的學術態度和詳實的論證，迅速成為瞭我的案頭常備。它不僅僅是一本介紹固體缺陷的書籍，更是一本關於理解材料本質的工具書。我尤其欣賞書中對不同尺度缺陷的係統性闡述，從原子尺度的點缺陷，到晶體尺度的位錯和晶界，再到宏觀尺度的裂紋，作者都進行瞭詳細的介紹和分析。書中對於各種缺陷的形成機製、遷移規律以及對材料宏觀性能影響的論述，都具有極高的參考價值。例如，在解釋半導體材料的摻雜效應時，書中對雜質原子如何引入額外載流子的詳細分析，為我理解器件的性能提供瞭重要的理論支撐。此外，書中關於缺陷對材料強度、韌性和疲勞性能的影響的論述，也為我的材料設計和優化工作提供瞭寶貴的指導。這本書的語言嚴謹而專業，但通過清晰的邏輯結構和圖文並茂的展示，使得復雜的內容也變得易於理解。

評分☆☆☆☆☆

這本書的購買純屬偶然，我當時正在尋找一本關於晶體學基礎的參考書，偶然間瞥見瞭《固體缺陷》的封麵，立刻被它吸引住瞭。我通常不太會購買那些名字聽起來非常“硬核”的專業書籍，但這本書的排版和設計卻顯得十分精緻，讓我産生瞭好奇。拿到手中後，我驚喜地發現，這本書的內容遠比我最初想象的要豐富得多。它並非僅僅羅列各種缺陷的定義和分類，而是以一種非常係統和深入的方式，將固體缺陷置於材料科學的宏大背景下進行考察。作者對不同晶體結構中缺陷的形成機製、熱力學驅動力以及動力學演化過程進行瞭詳盡的分析，這對於我理解材料的微觀結構與其宏觀性能之間的關係非常有幫助。書中關於相變動力學和晶界擴散的章節尤其令我印象深刻，它們提供瞭對許多材料加工過程中發生的復雜現象的深刻見解。我曾對某些閤金在高溫下的性能衰減感到睏惑，讀完這部分內容後，我終於找到瞭理論上的解釋，這讓我感到非常有成就感。這本書的語言雖然專業，但作者在解釋復雜概念時，常常會引用一些類比和生活中的例子，這使得閱讀過程更加有趣和易於理解。

評分☆☆☆☆☆

這本書真是讓我大開眼界！作為一名業餘的材料科學愛好者，我一直對固體內部的微小世界充滿好奇。這本書的標題——《固體缺陷》，光聽名字就充滿瞭神秘感，讓我迫不及待地想要一探究竟。拿到書後，我被它厚重的篇幅和精美的插圖所吸引，這預示著它絕非一本淺嘗輒止的入門讀物。我翻開第一頁，就被作者嚴謹的語言和清晰的邏輯深深吸引。雖然有些專業術語一開始讓我有些吃力，但作者總是能用非常生動的比喻和深入淺齣的講解來化解，讓我感覺就像在聽一位經驗豐富的教授在娓娓道來。書中詳細闡述瞭各種類型的固體缺陷，從點缺陷到綫缺陷，再到麵缺陷，每一個概念都解釋得條理分明。更讓我驚喜的是，書中不僅僅停留在理論層麵，還結閤瞭大量的實驗數據和實際應用案例，讓我看到瞭這些微觀缺陷是如何影響宏觀材料性能的，比如它們如何影響金屬的強度、半導體的導電性，甚至是陶瓷的脆性。我尤其對書中關於位錯理論的講解印象深刻，作者將抽象的位錯運動可視化，讓我能夠清晰地理解材料在受力時是如何發生形變的。這本書讓我對材料科學有瞭全新的認識，也激發瞭我進一步深入學習的興趣。

評分☆☆☆☆☆

在尋找一些關於材料結構與性能之間關係的深入探討時，我偶然發現瞭《固體缺陷》這本書。一開始，我對“缺陷”這個詞有些保留，總覺得它帶有負麵的含義，但這本書徹底改變瞭我的看法。它讓我認識到，所謂的“缺陷”在許多情況下，恰恰是賦予材料特殊性能的關鍵。作者在書中詳細闡述瞭多種類型的點缺陷，例如空位、填隙原子和取代原子，並深入分析瞭它們如何影響材料的電學、磁學和光學性質。我特彆被書中關於非化學計量化閤物中缺陷存在的討論所吸引，這解釋瞭為什麼某些氧化物和硫化物在特定氣氛下會錶現齣獨特的導電性。此外，書中關於位錯理論的講解也讓我受益匪淺，它不僅解釋瞭材料的塑性變形機製，還為理解材料的強化和韌化提供瞭理論基礎。我之前對金屬的加工硬化一直感到好奇，讀完這部分內容後，我纔明白這與位錯的纏結和增殖密切相關。這本書的深度和廣度都令我印象深刻，它不僅是一本教材，更是一部關於材料微觀世界的精彩百科全書。