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固体里面的空位缺陷能否被看成粒子,是否具有化学势? 第1页

  

user avatar   jiehou1993 网友的相关建议: 
      

化学势是自由能对粒子(缺陷)数的偏导,空位当然具有化学势。晶体中形成一个空位,对自由能通常有以下几方面的贡献:

  1. 空位产生了新的内表面,导致体系能量上升
  2. 空位提高了原子结构的无序度,体系构型熵增加
  3. 空位附近的声子/电子态密度发生改变,体系声子/电子熵增加

因此,空位的化学势可以由下式估算:

其中 代表形成空位引起的能量变化,也称为空位形成能,一般在0~4 eV之间,在纯金属体系中大致跟熔点成正比[1]

为空位带来的构型熵变化,可直接由Boltzmann entropy公式推出(等价构型数的对数用Stirling公式展开,再对粒子数求偏导即可),这个值与空位浓度 有关:

和 为声子和电子贡献的熵增,需要进行声子/电子DOS谱计算才能确定。不过这两项的影响比较小(对金属晶体而言,每个空位大约贡献1~4 kb的熵),一般只在高温下有明显作用。

参考

  1. ^Zhang, Pengbo, Yonggang Li, and Jijun Zhao. "Materials selection for nuclear applications in view of divacancy energies by comprehensive first-principles calculations." Journal of Nuclear Materials (2020): 152253. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022311520301306?casa_token=ZPaG-NKhB7QAAAAA:gQdvD4ujr7BHvaDmIDNX3BXSb9uaPzDJt1q_58iAZcQtRx4IujMSruMp14fBV5TVO6QoQ1FPpspJ



  

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