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非化学计量化合物省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、3.3 3.3 非化学计量化合物非化学计量化合物 实实际际化化合合物物中中,有有一一些些化化合合物物不不符符合合定定比比定定律律,负负离离子子与与正正离离子子百百分分比比并并不不是是一一个个简简单单固固定定百百分分比比关关系系,这些化合物称为非化学计量化合物。这些化合物称为非化学计量化合物。非化学计量化合物特点:非化学计量化合物特点:1 1)非非化化学学计计量量化化合合物物产产生生及及缺缺点点浓浓度度与与气气氛氛性性质质、压力相关;压力相关;2 2)能够看作是高价化合物与低价化合物固溶体;)能够看作是高价化合物与低价化合物固溶体;第1页3)缺点浓度与温度相关,这点能够从平衡常数看出;缺点浓度与
2、温度相关,这点能够从平衡常数看出;4 4)非化学计量化合物都是半导体。)非化学计量化合物都是半导体。半导体材料分为两大类半导体材料分为两大类:掺杂半导体掺杂半导体,如,如SiSi、GeGe中掺杂中掺杂B,PB,P型,型,SiSi中掺中掺P P为为n n 型半导体;型半导体;非化学计量化合物半导体非化学计量化合物半导体,又分为金属离子过剩,又分为金属离子过剩(n n型)(包含负离子缺位和间隙正离子)和负离型)(包含负离子缺位和间隙正离子)和负离子过剩(子过剩(p p型)(正离子缺位和间隙负离子)型)(正离子缺位和间隙负离子)第2页一、因为负离子缺位,使金属离子过剩 TiOTiO2 2、ZrOZr
3、O2 2会产生这种缺点,分子式可会产生这种缺点,分子式可写为写为TiOTiO2-x2-x,ZrOZrO2-x2-x,产生原因是环境中缺,产生原因是环境中缺氧,晶格中氧逸出到大气中,使晶体中出氧,晶格中氧逸出到大气中,使晶体中出现了氧空位。现了氧空位。第3页缺点反应方程式应以下:缺点反应方程式应以下:又又 TiTi+e=TiTi 等价于等价于 第4页依据质量作用定律,平衡时依据质量作用定律,平衡时,e=2 :1)TiOTiO2 2非化学计量对氧压力敏感,在还原气氛中才能非化学计量对氧压力敏感,在还原气氛中才能形成形成TiOTiO2-x2-x。烧结时,氧分压不足会造成。烧结时,氧分压不足会造成 升
4、高,升高,得到灰黑色得到灰黑色TiOTiO2-x2-x,而不是金黄色,而不是金黄色TiOTiO2 2。2 2)电导率随氧分压升高而降低。电导率随氧分压升高而降低。3)若)若PO2不变,则不变,则 电导率随温度升高而呈指数规律电导率随温度升高而呈指数规律增加,反应了缺点浓度与温度关增加,反应了缺点浓度与温度关系。系。第5页色心缺点:色心缺点:晶体结构中出现非计量化学组成,晶体结构中出现非计量化学组成,将使晶体含有吸收光性能,这么造成点缺点称将使晶体含有吸收光性能,这么造成点缺点称为色心缺点。为色心缺点。有有F色心和色心和V色心两种。色心两种。F-色心:色心:凡是自由电子缺点在阴离子空位中而凡是自
5、由电子缺点在阴离子空位中而形成一个缺点又称为形成一个缺点又称为F-色心。色心。它是由一个负离子空位和一个在此位置上电子它是由一个负离子空位和一个在此位置上电子组成。因为陷落电子能吸收一定波长光,因而组成。因为陷落电子能吸收一定波长光,因而使晶体着色而名。使晶体着色而名。如:如:TiO2在还原气氛下由黄色变为黑色。在还原气氛下由黄色变为黑色。正离子空位缺点俘获空穴形成色心称做正离子空位缺点俘获空穴形成色心称做V色心色心.第6页TiO2-x结构缺点示意图(结构缺点示意图(I)为何为何TiO2-x是一个是一个n型半导体?型半导体?TiO2-x结构缺点结构缺点在氧空位上捕捉两个电在氧空位上捕捉两个电子
6、,成为一个色心。色子,成为一个色心。色心上电子能吸收一定波心上电子能吸收一定波长光,使氧化钛从黄色长光,使氧化钛从黄色变成蓝色直至灰黑色。变成蓝色直至灰黑色。第7页色心、色心产生及恢复色心、色心产生及恢复 “色心色心”是因为电子赔偿而引发一个缺点。是因为电子赔偿而引发一个缺点。一一些些晶晶体体,假假如如有有x x射射线线,射射线线,中中子子或或电电子子辐辐照照,往往往往会会产产生生颜颜色色。因因为为辐辐照照破破坏坏晶晶格格,产产生生了了各各种种类类型型点点缺缺点点。为为在在缺缺点点区区域域保保持持电电中中性性,过过剩剩电电子子或或过过剩剩正正电电荷荷(电电子子空空穴穴)就就处处于于缺缺点点位位
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