晶體摻雜是怎樣的？（詳見問題說明）

01-13

1、晶體摻雜是如何實現的？比如ZrO2中摻雜Y2O3，如何達到微觀上的摻雜？
2、為什麼摻雜之後能形成空穴而不導致晶體結構崩塌呢？也以ZrO2中摻雜Y2O3為例吧

先說一點，提主提出的問題就混淆概念，回答看了一下也有很多問題，晚點詳細回答

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恩，先答題再去實驗室搬磚

首先說題主的問題，問題1中，如果是晶體參雜，就意味著參雜離子已經進入格位或者是晶格間隙，已經是微觀上的參雜了（原子級別）；問題2中，空穴的說法是不正確的，空穴是載流子的一種，和電子是對應的，按照題主的意思，應該指的的空位而非空穴

恩，然後回答題主的問題：

1 晶體參雜如何實現：

通常製備晶體的方法都能用來實現參雜，比如製備微晶或納米晶常用的固相法，沉澱法，溶膠凝膠法，水熱法等。晶體參雜按照參雜離子在晶格中的位置分為：取代參雜和間隙參雜。並非隨意一種參雜離子都可以進入母體晶格，取代參雜時參雜離子與母體晶格中被取代離子之間需要滿足（1）離子半徑相近（2）價態相近才能實現參雜，間隙參雜時參雜離子的半徑要比較小，能進入晶格的間隙位置才能實現參雜。問題1中提到的ZrO2中摻雜Y2O3應該是用於穩定氧化鋯，抑制氧化鋯的晶型轉變。這裡為了能使Y2O3易於進入ZrO2的晶格，降低結晶溫度，通常用液相法來製備，實現原料在原子級別的均勻混合，從而縮短結晶過程中原子的擴散路徑，在較低溫度下得到參雜的晶體。在該參雜晶體中Y佔據Zr的格位（取代參雜），由於Y與Zr的價態不同而引入氧空位。

2 為什麼參雜之後形成空穴而不導致晶體結構崩塌

摻雜之後能形成空穴而不導致晶體結構崩塌是由於晶格可以通過晶體承受一定的晶格畸變。但是不同的晶體能承受的晶格畸變有一定的限度，因而參雜是有一定的限度的。取代參雜時，參雜離子與被取代離子的性質（半徑，電價等）越接近，取代引起的晶格畸變越小，最大參雜量越大（如一些合金，參雜離子和母體性質很相近時，可以實現無限制固溶，即使參雜濃度達到100%,晶體結構也會保持而不崩塌）。但是間隙參雜由於參雜離子半徑通常大於晶格間隙，參雜會引起較大的晶格畸變，因而最大參雜量比較小，如摻C的Fe(金屬材料還是大學學的，忘得差不多了，不記得叫啥了，當參雜量到一定值時，生成Fe3C,晶格結構發生改變)。而就ZrO2中摻雜Y2O3而言，能夠進入ZrO2中的Y的量是有一個最大值的，也即當原料中的Y超過ZrO2所能容納的最大值時，多出的Y無法在進入ZrO2晶格而是仍然以Y2O3的形式存在。

氧化釔中摻雜氧化鋯，我們叫YSZ

摻雜就是用一個元素替換原晶體中一種元素的位置

但是數量不多

這個反應的缺陷反應方程式是：

製備的時候也就是把Zr跟Y元素按所需比例配合

最後搞出來的就是你要的YSZ至於會不會坍塌，這個得看你摻雜的量的大小，元素的離子大小以及溫度。

一般使用溶膠凝膠法就可以製備出微觀尺寸很均勻的材料。由於Zr與Y離子同時從溶液中析出納米顆粒，而溶液中兩者是非常均一的；所以在析出過程中兩者會混合均勻。最後Y2O3就可以被ZrO2包裹住。

由於摻雜物質的濃度很低，只會引起主晶體產生缺陷（本身就是一種雜質）；不至於使得主晶相結構破壞。

這個問題建議你讀一下固體化學的書籍。知乎不是很適合這麼專業的問題。

1. 晶體摻雜的方法有很多，固相反應法，共沉澱，Pechini之類的，一樣的是都需要高溫。摻雜的化合物一般叫做固溶體，你可以把這個當成液體一樣理解，就像液體混合以後各種分子會快速的均勻分布一樣，在高溫環境下，固體原子也是可以移動的。(當然要相對緩慢一些)

2. 形成空穴的原因是要保持電中性，Zr是4價，Y是3價的，Y佔據Zr的位置以後多了個電子，為了保持中性，氧原子跑出晶體，形成一個正二價空穴，也就是說兩個Y跑進來，一個氧就得被攆出去。

另外，ZrO2摻雜Y2O3，晶體結構的確是變化了的。

找篇文獻吧，關於晶體摻雜的都有圖像解釋