
【化】 point defect
点缺陷(Point Defect)是晶体材料中原子尺度上的局部结构偏离现象,指晶体内部单个原子位置或邻近区域出现的微观缺陷。根据形成机制和结构特征,主要分为以下三类:
空位缺陷(Vacancy Defect)
晶体结点上的原子缺失形成的空位,是热力学平衡状态下必然存在的缺陷类型。例如金属铜在高温下会因原子热振动产生空位。这类缺陷会影响材料的导电性和扩散行为。
间隙原子(Interstitial Atom)
外来原子嵌入晶体结构的间隙位置,常见于合金材料中。例如碳原子嵌入铁晶格间隙形成的奥氏体钢,显著提升了材料硬度。
置换原子(Substitutional Defect)
外来原子取代晶格中的基体原子,如半导体材料中磷原子替换硅原子形成N型半导体。这种缺陷对电子器件的电学性能具有决定性作用。
点缺陷会改变材料的物理化学性质,例如:
其中$E_v$为空位形成能,$k$为玻尔兹曼常数,$T$为温度
在工程领域,点缺陷研究对开发新型功能材料、提高半导体器件性能具有重要意义。美国材料学会(MRS)2024年报告指出,精准控制点缺陷已成为纳米电子器件微型化的关键技术路径。
点缺陷是晶体材料中的一种微观结构缺陷,指在晶格中某一局部位置(原子尺度范围内)出现的结构不完整性,属于零维缺陷。其核心特征如下:
点缺陷表现为晶格中单个原子位置的异常,例如原子缺失(空位)、间隙原子(挤入晶格间隙的原子)或外来杂质原子取代晶格原子。这类缺陷在三维空间上的尺寸均与原子尺度相当,因此被称为“点”缺陷。
点缺陷主要由热力学涨落引起,高温下原子热振动加剧,导致部分原子脱离平衡位置,因此也被称为热缺陷。
点缺陷会改变晶体的物理性质(如导电性、扩散速率),在半导体材料、金属加工等领域有重要应用。例如,掺杂半导体中的杂质原子即属于有意引入的点缺陷。
注:以上内容综合了晶体学领域的定义,未包含“缺陷”的广义解释(如-10)。如需扩展其他领域(如法律中的“产品缺陷”),可进一步说明。
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