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非整比化合物

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1簡介

非整比化合物
(nonstoichiometric compounds)
各類原子的相對數目不能用幾個小的整數比表示的化合物。非整比化合物有兩種類型:①化合物中某一種原子短缺( 如WO3-δ,UH3-δ),或過多( 如Zn1+δ,UO2+δ );②在層狀結構的夾層之間嵌入某些中性分子或金屬原子( 如LiδTiS2)。非整比化合物與其母體化合物的不同之處在於:它們的組成可以改變,呈現深的顏色,具有金屬性或半導體性和不同的化學反應活性,還有特殊的光學和磁學性質。非整比化合物常見於過渡元素的二元化合物,如氫化物、氧化物 、硼化物、碳化物、氮族化物、硫族化物等。
在600~1200℃將氧化鋅 ZnO 晶體放在鋅蒸氣中加熱 ,晶體變為紅色氧化鋅Zn1+δO ,是N型半導體。由於過量鋅原子進入晶體的間隙位置,導電性增加。

2非整比化合物的類型

陽離子過剩的化合物M1+xX
如化學式Zn1+xO缺陷表示式:Zn(Znxi)xO
陰離子過剩的化合物MX1+x
如化學式UO2+x缺陷表示式:U4+1-xU6+x*(O11i)xO2
非整比化合物生成的原因
非整比化合物生成的原因可以有以下幾種情況:①化合物中某一種原子或短缺(如WO3-δ、UH3-δ),或過多(如Zn1+δO,UO2+δ);②在層狀結構的夾層之間嵌入某些中性分子或金屬原子 (如LiδTiS2)。這種非整比化合物與其母體化合物的不同之處在於:它們的組成可以改變,呈現深的顏色,具有金屬性或半導體性和不同的化學反應活性,還有特殊的光學和磁學性質。非整比化合物常見於過渡元素二元化合物,如氫化物、氧化物、硫族化物、氮族化物、碳化物、硼化物等。   在600~1200°C將氧化鋅ZnO晶體放在鋅蒸氣中加熱,晶體轉變為紅色氧化鋅 Zn1+δO,它在室溫下的電導要比整比化合物 ZnO晶體的電導增大很多。這是由於過量鋅原子進入晶體的間隙位置,生成了Zn1+δO n型半導體。ZnO的結構是比較開放的,其中有可以容納過量鋅原子的空隙通道。Zn原子在 ZnO晶體中擴散的活化能僅0.55電子伏。這都可以證明非整比性是由於間隙鋅離子而不是由於存在氧空位所造成的。
光功能材料
常見的非整比化合物作為光功能材料的有,發光二極體。它是利用GaAs1-xPx這種材料製成的,可發出從紅光到綠光的各種顏色的光。還有彩色電視顯像管使用的螢光粉是Zn1-xCdxS: 當x=0.79時發紅色螢光。此外還有異質結太陽能電池GaAs/GaxAl1-xAs等等。
磁性材料
最為常見的是電子陶瓷。如鐵氧體不顯磁性,當有外加磁場它被磁化,不同鐵氧體,磁化結果不一樣有軟磁體、硬磁體和矩形磁體。矩形磁體用於電子計算機的存儲元件,軟磁體可用於製造變壓器的鐵芯或馬達。稀土石榴石還有良好的磁、電、光、聲等能量轉化功能,廣泛用於電子計算機、微波電路等。磁鉛石可作為磁記錄材料等等。

複合功能材料

常見的複合功能材料有壓電陶瓷,主要是將機械壓力轉變為電能。例如PLZT系壓電陶瓷Pb1-xLax(ZryTi1-y)1-(x/4)O3。還有PZT的尖晶石結構的氧化物PbZr1-xTO3的微小粒子的燒結體(陶瓷),輕輕撞擊一下只有數厘米長的圓柱體PZT,就能得到數萬伏的高壓電,放出電火花起到點火作用。例如Ba0.88Pb0.88Ca0.04TiO3陶瓷廣泛用於超聲加工機聲納.水聽器等。此外還有壓敏電阻、氣體感測器、濕度感測器等。半導體陶瓷,它們都是由非整比化合物微小粒子,燒結而成的。
非整比化合物的結構與性質的研究是一個極富有成果的領域,對新材料或有不尋常綜合性質材料的發展提供無限的可能性。因此,人們可以正視非整比化合物的潛力,從而日益有可能設計出具有特殊結構和性能的新材料。

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