通常制備晶體的方法可以用來實現摻雜,如固相法、沈澱法、溶膠-凝膠法、水熱法等。根據摻雜離子在晶格中的位置,晶體摻雜可分為替代摻雜和間隙摻雜。不是所有種類的摻雜離子都能進入母晶格。摻雜替代時,母晶格中的摻雜離子和替代離子需要滿足(1)近離子半徑和(2)近價態的要求才能實現摻雜。在間隙中摻雜時,摻雜離子的半徑要比較小,摻雜離子可以進入晶格的間隙位置實現摻雜。問題1中提到的在ZrO2 _ 2中摻雜Y2O3,應該是用來穩定氧化鋯,抑制氧化鋯的晶型轉變。這裏,為了使Y2O3容易進入ZrO2的晶格,降低晶化溫度,通常采用液相法制備Y2O3,實現原料在原子水平上的均勻混合,從而縮短晶化過程中原子的擴散路徑,在較低溫度下獲得摻雜晶體。在這種摻雜晶體中,Y占據了Zr的晶格(而不是摻雜),由於Y和Zr的價態不同,引入了氧空位。
為什麽摻雜後會形成空穴而不會導致晶體結構坍塌?
摻雜後,由於晶格可以通過晶體承受壹定的晶格畸變,所以可以形成空穴而不會發生晶體結構的坍塌。但是不同晶體所能承受的晶格畸變是有壹定限度的,所以摻雜也是有壹定限度的。當摻雜被替代時,屬性(半徑、電價等)越接近。)對被取代離子的晶格畸變越小,最大摻雜量越大(例如,在某些合金中,當摻雜離子與母體非常相似時,可以實現無限固溶體,即使摻雜濃度達到100%,晶體結構也不會坍塌)。但由於摻雜離子的半徑通常大於晶格間隙,摻雜會造成更大的晶格畸變,所以最大摻雜比例較小,比如摻C的Fe(金屬材料還是大學生,我都快忘了叫什麽了。當摻雜量達到壹定值時,會生成Fe3C,晶格結構會發生變化)。就摻雜在ZrO _ 2中的Y2O3而言,能進入ZrO _ 2的Y量有壹個最大值,即當原料中的Y超過ZrO _ 2所能容納的最大值時,多余的Y不能進入ZrO _ 2的晶格而仍以Y2O3的形式存在。