МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ.
За последние несколько десятилетий чрезвычайно увеличился объем
наших знаний о природе твердого состояния и одновременно очень сильно
расширились области применения кристаллических твердых тел в самых
различных областях техники.
Применяемые в технике твердые кристаллические материалы имеют не
идеальную (строго упорядоченную), а реальную структуру, отличительной
особенностью которых является присутствие в них разнообразных дефектов.
Некоторые из этих дефектов являются неизбежными дефектами синтеза
(роста) кристаллов (краевые и винтовые дислокации, границы зерен, поры),
другие (точечные дефекты собственные и примесные) могут создаваться или
устраняться в процессе термообработок твердого вещества в различных
услоаиях. Все дефекты, так или иначе, влияют на свойства кристаллических
материалов. Некоторые из этих свойств в большей мере определяют
кристаллохимическими особенностями вещества и в меньшей – дефектами. К
ним относятся прочностные итермодинамические свойства: внутренняя
энергия (U), теплоемкость (CV, CP) и др.. Для других свойств – решающее
значение имеют точечные дефекты электронной и атомной структуры
кристаллоыв, выступающие в роли носителей этих свойств. К таким свойства
относятся
электрические,
диффузионные,
оптические,
эмиссионные,
фотоэлектрические, магнитные и др.. По этой причине очень часто такие
свойства называют структурно-чувствительными.
"Точечный
дефект",
связываемый
с
локальным
нарушением
регулярности кристаллической решетки, приобрел смысл нормального
структурного элемента кристалла, определяющего его свойства. Следует
подчеркнуть, что многие из структурночувствительных свойств являются
исключительными, нетривиальными, возникающими только вследствие
дефектности кристалла.
Описание теоретических моделей свойств идеального и реального
(разупорядоченного), процессов образования и взаимодействия точечных
дефектов и их роль в формировании электрофизических свойств твердых
материалов составляет основу предлагаемого курса.
Задачей
данной
дисциплины
является
дать
студентам
основы
современного знания по физической химии веществ в конденсированном
кристаллическом состоянии, реальной (дефектной) структуре и научить
методам анализа взаимосвязей дефектной структуры со свойствами твердых
ваеществ. Ознакомить с современным состоянием проблем формирования
свойств
материалов
на
основе
твердых
материалов
для
различных
современных приборов и устройств. Это позволит специалисту сознательно
подходить к синтезу, термической обработке и получению материалов с
прогнозированными свойствами.
Успешное освоение студентами данного
курса возможно лишь при условии хорошей подготовки их по математике,
физической химии, кристаллохимии и квантовой химии.
Материал УМКД разделен на три больших раздела: 1. Теоретические
представления
кристаллохимии
о
идеальных
и
кристаллах,
статистической
включающий
термодинамики.
2.
элементы
Модельные
представления о структуре реальных (дефектных) кристаллов основанные на
статистической термодинамике и химии точечных электронных и атомных
дефектов.3. Взаимосвязям
химии дефектов и явленимй электро- и
массопереноса в реальных кристаллических телах.
Освоение материала лекций осуществляется на семинарских занятиях,
на которых студентам предлагаются следующие темы.
1. Модельные представления об идеальном кристалле. Понятия о
структуре и симметрии кристаллов. Структуры некоторых классов
неорганических соединений. (2 ч.)
2. Термодинамические свойства идеальных кристаллических тел.
Примеры расчетов U, F, S, и Cv идеального кристалла. Теплоемкость
идеального кристалла. Модели Эйнштейна и Дебая. (2 ч.)
3. Термодинамика
реального кристалла. Дефекты кристаллической
структуры. Нуль-мерные или точечные дефекты. Дефекты Шоттки. Дефекты
Френкеля. Примесные дефекты замещения и внедрения. Сумма по
состояниям дефектного кристалла. (2 ч.)
4. Правила записи реакций образования и ионизации точечных
дефектов. Применимость уравнения изобары и изотермы химических
реакций к процессам взаимодействия дефектов. (2 ч.).
5. Вычисления концентраций равновесных дефектов. Точные и
приближенные решения нелинейных систем уравнений. Метод Броуэра.
Влияние газовой фазы на равновесия дефектов твердых тел. Диаграммы
состояния дефектов (диаграммы Броуэра). (6 ч).
6. Анализ стехиометрии и электрических свойств (электропроводности,
чисел переноса и термо-ЭДС) оксидов металлов (4 ч.)