.c
om

Sai hỏng hóa học trong oxit

ng

th

an

co

ng

kim loại

cu

u

du
o

(The defect chemistry of metal
oxides )
CuuDuongThanCong.com

/>

Các tính chất liên quan đến sai hỏng defect

.c
om

 Tính chất về cấu trúc: liên quan đến tính hồn hảo

ng

của tinh thể

th

an

co

 Tính chất điện: liên quan đến trạng thái của defect

du
o

ng

trong cấu trúc vùng dẫn

cu

u

 Tính chất hóa học: liên quan đến thế hóa học của

defect, defect tham gia như thế nào trong các phản ứng
hóa học
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

 Tính tán xạ: liên quan đến việc tương tác của

co

ng

defect với các phần tử (như phonon, photon,

th

an

electron, positron,…)

du
o

ng

 Tính nhiệt động: liên quan đến sự hình thành


cu

u

enthanpy, entropy, sự tương tác năng lượng, sự
chuyển đổi năng lượng.

CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

Các loại sai hỏng trong vật liệu rắn

ng

 Sai hỏng điểm

an

co

 Sai hỏng đường

cu

u


du
o

 Sai hỏng khối

ng

th

 Sai hỏng mặt

CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

I. Sai hỏng điểm (0 chiều): là sai hỏng xuất hiện tại 1

ng

điểm trong tinh thể, gồm có 2 loại:

an

co

 Sai hỏng nội tại (intrinsic defects )


cu

u

du
o

ng

th

 Sai hỏng do tạp chất (extrinsic defects)

CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

1. Sai hỏng nội tại

u

du
o

ng

th


an

co

ng

- Nút khuyết (Vacancy)

cu

-Tự xen kẽ (Interstitial)

CuuDuongThanCong.com

/>

Trong sai hỏng nội tại có hai loại

.c
om

a. Sai hỏng Schottky: là nút khuyết (hay 1 cặp nút

cu

u

du
o


ng

th

an

co

ng

khuyết) trong chất ion

Sai hỏng Schottky: gồm

Sai hỏng Anti-schottky:

1 cặp nút khuyết

gồm ion xen kẽ trong

CuuDuongThanCong.com

tinh thể

/>

b. Sai hỏng Frenkel: là 1 cặp lỗ trống và 1 nguyên tử

.c

om

xen kẽ được tạo ra khi 1 ion di chuyển vào vị trí xen kẽ

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

để lại nút khuyết.

Sai hỏng Frenkel: nguyên

Sai

tử xen kẽ là ion dương

nguyên tử xen kẽ là ion âm


CuuDuongThanCong.com

hỏng

Anti-Frenkel:

/>

.c
om

Thực tế cho thấy sai hỏng Frenkel (ion dương đi vào vị

co

ng

trí xen kẽ) phổ biến hơn sai hỏng anti-Frenkel (ion âm

th

an

đi vào vị trí xen kẽ). Ion dương có kích thước nhỏ hơn

du
o

ng


ion âm do đó dễ dung hợp hơn ở các vị trí khoảng

cu

u

trống giữa các nút mạng

CuuDuongThanCong.com

/>

Sai hỏng do sự không hợp thức

.c
om

(non-stoichiometric defects )

ng

- Thừa kim loại (Metal excess defect)

th

an

co


- Thiếu kim loại (Metal deficient defect)

du
o

ng

- Thừa oxy trong hợp chất oxit (Oxygen deficient oxides)

cu

u

- Thiếu oxy trong hợp chất oxit (Oxygen excess oxides)

CuuDuongThanCong.com

/>

Thừa kim loại:

ng

co

kim loại kiềm NaCl, KCl,…)

.c
om


 do nút khuyết của ion âm (thường đối với halogen

cu

u

du
o

ng

th

an

 do sự dư ion dương trong vị trí xen kẽ

CuuDuongThanCong.com

/>

Thiếu kim loại: do thiếu 1 ion dương hoặc sự hiện diện

cu

u

du
o


ng

th

an

co

ng

.c
om

của 1 ion dương có hóa trị lớn hơn

CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om

 Thừa oxy trong hợp chất oxit

th

an

co


ng

Do sự có mặt của oxy tại các vị trí xen kẽ.

du
o

ng

 Thiếu oxy trong hợp chất oxit

cu

u

Do sự tồn tại nút khuyết oxy

CuuDuongThanCong.com

/>

- Xen kẽ bởi nguyên tử tạp chất

cu

u

du
o


ng

th

an

co

ng

- Thay thế

.c
om

Tạp chất (impurity defects)

CuuDuongThanCong.com

/>

Tạp chất

.c
om

Tất cả các chất rắn đều có lẫn tạp chất. Tạp chất có thể
do sẵn có trong tinh thể, hoặc do chủ động đưa vào để

an


co

ng

làm thay đổi tính chất của vật liệu.

th

Ví dụ: sắt chứa một lượng nhỏ carbon đưa vào sẽ trở

du
o

ng

nên cứng hơn. Khi pha tạp B hoặc P vào Silic sẽ làm

cu

u

cho Silic trở thành loại p hoặc loại n.
Hợp kim là hỗn hợp có chủ định với thành phần gồm
nhiều kim loại làm thay đổi các tính chất của kim loại.
CuuDuongThanCong.com

/>

.c

om

Hòa tan rắn: (Solid solutions )

co

ng

Hòa tan rắn thay thế (Substitutional Solid Solutions)

cu

u

du
o

ng

th

an

Hòa tan rắn xen kẽ (Interstitial Solid Solutions)

CuuDuongThanCong.com

/>

Hịa tan rắn thay thế


1) Kích thước ngun tử: sai khác về bán kính nguyên tử

.c
om

của chất nền và chất hòa tan khoảng ~15%.

co

ng

2) Cấu trúc tinh thể chất hòa tan và chất nền giống nhau

an

3) Độ âm điện của chất hòa tan và chất nền xấp xỉ nhau

du
o

được tạo thành)

ng

th

(nếu không các pha kim loại trung gian intermetallic sẽ

cùng hóa trị.


cu

u

4) Sự hồ tan lớn nhất khi chất nền và chất hồ tan có

Ví dụ: Hịa tan của Cu trong Ni
CuuDuongThanCong.com

/>

Hòa tan rắn xen kẽ

.c
om

Các yếu tố cho độ hòa tan lớn: Với cấu trúc FCC,
BCC, HCP, các khoảng trống giữa các nguyên tử nền

co

ng

tương đối nhỏ  bán kính nguyên tử của chất hòa tan

th

an


lại càng cần nhỏ hơn nhiều bán kính nguyên tử của

du
o

ng

chất nền. Nồng độ chất tan thường ≤ 10%.

cu

u

Ngun tử C
hịa tan
trong Fe cấu
trúc BCC

Ví dụ: 2% C-Fe

CuuDuongThanCong.com

/>

Thành phần – Nồng độ

.c
om

Phần trăm khối lượng (wt.%) = khối lượng chất cần

tính chia tổng khối lượng hợp kim. Đối với hệ hai thành

ng

phần, wt.% của chất 1 là:

co

m1

m1  m

x100
2

ng

th

an

C1 

du
o

Phần trăm nguyên tử (at.%) = số mol chất cần tính

cu


u

chia tổng số mol hợp kim. Đối với hệ hai thành phần,

at.% của chất 1 là:

CuuDuongThanCong.com

C 1 

n
n

m

m

1

 n
1

x100
m

2
/>

.c
om


Chuyển đổi thành phần
at %  wt %

wt %  at %

C

2

C


C1 A

1


2

A

 C

A

2


2


co
an

2

2

th

 C

ng



1

du
o

C1 A



C1 

x100

x100


A

u



1



C


2

C 1A
C 1A

2

CuuDuongThanCong.com

2

 C 2A 1

C 2A 1



C 1A

2

 C 2A 1

2

cu

C1 

C1 A

ng



/>
x100

x100


Tính số nút khuyết (vacancy) cân bằng được tạo thành

 N

s


ng

v


Qv
exp  

 k BT






an

co

N

.c
om

do dao động nhiệt

ng

th


Ns: số nguyên tử định vị trí tại nút mạng N

du
o

kB: hằng số Boltzman

s



N

A

ρ

A

T: nhiệt độ

cu

u

Qv: năng lượng hình thành nút khuyết trong tinh thể

CuuDuongThanCong.com

/>


N

v

 N

s


Q v
exp  

 k BT






.c
om

Ví dụ: Tính số nút khuyết của Cu ở nhiệt độ phòng

an

th

T = 27o C + 273 = 300 K


co

ng

kB = 1.38 x 10-23J/K = 8.62 x 10-5eV/K

kB T = 0.026 eV

du
o

ng

Qv = 0.9 eV/ngt

NA = 6.023 1023 ngt/mol

u

cu

ρ = 8.4 g/cm3

N

v

 7.4x10


CuuDuongThanCong.com



A

ρ

A
 8x10

ACu = 63.5 g/mol
N

s

N

7

cm

-3

/>
22

ngt/cm

3



Sai hỏng đường (1 chiều)
(edge) và lệch mạng xoắn (screw)

.c
om

- Lệch mạng (dislocation): có hai loại : lệch mạng biên

co

ng

Lệch mạng biên: do sự không liên tục của các mặt trong

an

tinh thể giới hạn bởi đường lệch mạng. Vectơ Burger

cu

u

du
o

ng

th


vuông góc đường lệch mạng.

CuuDuongThanCong.com

/>

Lệch mạng xoắn: Sự xoay của hai phần lân cận trong

.c
om

tinh thể theo đường lệch mạng. Vectơ Burger song

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng


song đường lệch mạng.

CuuDuongThanCong.com

/>

Sai hỏng mặt 2 chiều

.c
om

Sai hỏng mặt là do sự không liên tục của các mặt trong

an

co

ng

cấu trúc. Gồm 4 loại

ng

th

- Biên hạt (Grain Boundaries)

u


du
o

- Biên hạt nghiêng (Tilt Boundaries)

cu

- Biên hạt sinh đôi (Twin Boundary)
- Vết nứt gãy (Microcracks)
CuuDuongThanCong.com

/>