文档介绍：TiO2金红石结构材料物理1101-王亚光能带结构四三基本参数缺陷类型性质应用一二基本结构晶系:四方晶系点群:P42/mmm晶胞参数:a0=; c0=:金刚石光泽硬度:6熔点:1850℃解理:(110)面解理比重:- 3颜色:红棕色、红色、黄色或黑色透明度:透明到不透明图1 金红石结构晶胞结构缺陷?分类:非化学计量化合物共有4种类型——1、阴离子空位(MaXb-y)型,如TiO2→ TiO2-x2、阳离子填隙((Ma+yXb)型,如ZnO → Zn1+xO 3、阴离子填隙(MaXb+ y)型,如UO2→ UO2+x4、阳离子空位(Ma–yXb)型,如FeO→Fe1-xO概念:?从近代的晶体结构的理论和实验研究结果表明,具有化学计量比和非化学计量比的化合物都是普遍存在的。?更确切地说,非化学计量化合物的存在是更为普遍的现象。非化学计量缺陷是指组成上偏离化学中的定比定律所形成的缺陷,它是由基质晶体与介质中的某些组分发生交换而产生。缺陷类型:非化学计量缺陷TiO2的缺陷反应方程式?TiO2会产生阴离子空位型缺陷,分子式可写为TiO2-x?产生原因:环境中缺氧,晶格中的氧逸出到大气中,使晶体中出现了氧空位。?缺陷反应方程式应如下:????????2OTiOTiO21V'22TiO2Tie??????2O'OO21V2eOOOTi222OV2Ti'O21-2TiO?????等价于即根据质量作用定律,平衡时,[e’]=2[ ] :1)∴TiO2的非化学计量对氧压力敏感,在还原气氛中才能形成TiO2-x。烧结时,氧分压不足会导致升高,得到灰黑色的TiO2-x,而不是金黄色的TiO2。2)电导率随氧分压升高而降低。3)若PO2不变,则][][]][[22/12oooOePVK????612????OOPV??OV6/123/13/142]'[OPKe?}exp{]'[RTGKe????612???OPe??OV影响因素?由图2可以看出高温时与具有良好的线性关系,即电导率随温度的升高而呈指数规律增加,反映了缺陷浓度与温度的关系。电导率随氧分压升高而降低。?lgT1?图3为等温条件下金红石的电导率随氧分压变化的关系,可以看出,与呈线性关系。?lg2OlgP缺陷特点1)非化学计量化合物产生及缺陷浓度与气氛性质、温度、压力有关;2)可以看作是高价化合物与低价化合物的固溶体;例如:TiO2-x从化学计量的角度看,晶体中氧空位,而从化学的观点来看,可认为是Ti2O3在TiO2中的固溶体。3)非化学计量化合物都是半导体。半导体材料分为两大类:一是掺杂半导体,如Si、Ge中掺杂B、P,Si中掺P为n型半导体;二是非化学计量化合物半导体,又分为金属离子过剩(n型)【包括负离子缺位和间隙正离子】和负离子过剩(p型)【正离子缺位和间隙负离子】图4 TiO2的能带结构和态密度能带结构?其费米能级被选定在了能量零位,。?,这是由于软件本身以及算法的缘故造成,但与文献值()比较两者十分接近。图5 TiO2能带放大图第一布里渊区TiO2(四方晶系)Ti(六方晶系)