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第一部分 界面结构3

第1章 界面几何3

1.1 引言3

1.2 需要的所有群论知识4

1.3 两个晶体之间的关系6

1.3.1 晶体和点阵6

1.3.2 矢量和坐标变换7

1.3.3 点阵旋转的描述9

1.4 界面的几何描述20

1.4.1 宏观和微观几何自由度20

1.4.2 任意界面的宏观几何自由度21

1.4.3 立方材料中的晶界22

1.5 双晶晶体学26

1.5.1 引言26

1.5.2 晶体学方法概述26

1.5.3 塞茨符号简介30

1.5.4 双色图的对称性30

1.5.5 双色复合体的对称性38

1.5.6 理想双晶体的对称性40

1.5.7 真实双晶体的对称性41

1.6 两个示例43

1.6.1 点阵匹配的极性-非极性外延界面43

1.6.2 点阵匹配的金属硅化物-硅界面45

1.7 孤立界面线缺陷的分类47

1.7.1 一般公式化表达48

1.7.2 界面位错52

1.8 嵌入晶体的形态59

1.9 准周期性和无公度界面63

参考文献70

第2章 界面位错模型73

2.1 引言73

2.2 界面位错的分类77

2.3 Frank-Bilby公式90

2.4 对Frank-Bilby公式和界面位错含量概念的评价96

2.5 Frank公式99

2.6 O点阵100

2.7 界面中离散位错阵列几何105

2.7.1 一般界面105

2.7.2 在任意几何参数晶界上的应用108

2.7.3 含有一组和两组位错的晶界109

2.7.4 外延界面111

2.8 局域位错相互作用114

2.9 两个示例115

2.9.1 Pt-NiO界面115

2.9.2 Al-Al3 Ni共晶界面118

2.10 界面弹性场119

2.10.1 引言119

2.10.2 各向同性弹性条件下晶界的应力场和畸变场120

2.10.3 晶界能125

2.10.4 各向同性弹性条件下异相界面的应力场129

2.10.5 各向异性弹性条件下的界面位错阵列133

2.10.6 外延界面的各向同性弹性分析133

2.10.7 沉淀相和非平面界面的应力场135

2.11 界面位错芯的局域化程度136

2.11.1 引言136

2.11.2 位错阵列的点阵理论138

2.11.3 应用计算机模拟和原子间作用力的原子模型142

2.12 界面位错阵列的实验观察144

2.12.1 室温观察144

2.12.2 高温观察150

参考文献151

第3章 界面原子间作用力模型155

3.1 引言155

3.2 密度泛函理论158

3.2.1 变分原理和Kohn-Sham方程158

3.2.2 Harris-Foulkes能量泛函164

3.3 价电子和芯电子：赝势166

3.4 力定理和Hellmann-Feynman力170

3.5 sp键合金属中的内聚力和对势171

3.6 有效介质理论180

3.7 嵌入原子法184

3.8 紧束缚模型187

3.8.1 引言187

3.8.2 双原子分子188

3.8.3 能带、键和格林函数191

3.8.4 谱密度矩阵的矩203

3.8.5 紧束缚键模型208

3.8.6 二阶矩近似213

3.8.7 超越二阶矩近似216

3.9 原子间相互作用的温度相关性217

3.10 离子键合231

3.11 异相界面处的原子间作用力236

参考文献243

第4章 原子结构模型和实验观察249

4.1 引言：界面分类249

4.2 扩散界面251

4.2.1 含混溶隙系统中的异相界面251

4.2.2 长程有序系统中的反相畴界257

4.2.3 近力学不稳定系统中的位移型转变界面259

4.3 锐同相界面：大角度晶界262

4.3.1 金属中的大角度晶界263

4.3.2 离子晶体中的晶界328

4.3.3 共价晶体中的晶界335

4.4 锐异相界面337

4.4.1 引言337

4.4.2 金属-金属界面340

4.4.3 金属-绝缘体界面342

4.4.4 金属-半导体界面348

参考文献351

第二部分 界面热力学361

第5章 界面热力学361

5.1 引言361

5.2 界面自由能362

5.3 其他界面热力学量和它们之间的关系366

5.4 引入界面应力和应变变量371

5.5 引入几何热力学变量379

5.6 σ对界面倾角的相关性379

5.6.1 乌尔夫图379

5.6.2 嵌入第二相颗粒的平衡形状（乌尔夫形状）381

5.6.3 初始平直界面的刻面化384

5.6.4 毛细矢量ξ387

5.6.5 光滑弯曲界面伴随的毛细压力390

5.6.6 光滑弯曲异相界面处的平衡点阵溶解度392

5.6.7 嵌入第二相颗粒界面处的平衡溶解度393

5.6.8 界面接合线处的平衡界面结构394

5.6.9 包含界面倾角变化的热力学关系395

5.7 σ对晶体取向差的相关性396

5.8 σ对界面倾角和晶体取向差同时变化的相关性398

5.9 含界面非均匀系统中的化学势和扩散势Mi399

5.9.1 引言399

5.9.2 平衡系统分析：引入扩散势Mi400

5.9.3 非平衡系统中的扩散传输405

参考文献406

第6章 界面相和相变409

6.1 引言409

6.2 界面相平衡410

6.3 界面相变413

6.3.1 非全等相变414

6.3.2 全等相变418

参考文献425

第7章 溶质原子界面偏聚429

7.1 引言429

7.2 金属中界面偏聚的一些主要特征概述430

7.3 溶质原子与界面相互作用的物理模型439

7.3.1 引言439

7.3.2 弹性相互作用模型442

7.3.3 0 K下的原子模型446

7.3.4 电子相互作用模型448

7.4 偏聚的统计力学模型450

7.4.1 引言450

7.4.2 正规溶液模型451

7.4.3 平均场模型453

7.4.4 超越平均场模型462

7.4.5 其他模型464

7.5 有限温度下的原子模型464

7.6 离子固体中的界面偏聚472

参考文献477

第三部分 界面动力学483

第8章 界面扩散483

8.1 引言483

8.2 晶体点阵中的置换原子沿界面快速扩散484

8.2.1 平板模型和扩散行为的状态484

8.2.2 在A、B和C状态中扩散剂分布的数学分析488

8.2.3 实验观察490

8.2.4 快速晶界扩散机制503

8.2.5 通过不同机制发生晶界自扩散的模型511

8.2.6 晶界自扩散模型的一般特征515

8.2.7 关于快速晶界扩散机制的问题518

8.3 晶体点阵中的间隙溶质原子沿界面扩散524

8.4 快离子导体中穿过界面的慢扩散529

8.5 扩散诱发晶界运动530

参考文献534

第9章 界面守恒运动539

9.1 引言539

9.1.1 界面的“守恒”与“非守恒”运动539

9.1.2 守恒运动的驱动压力540

9.1.3 基本机制：相关与不相关过程542

9.1.4 界面运动的阻碍543

9.2 锐界面的机制和模型543

9.2.1 界面位错的滑动543

9.2.2 界面位错的滑移和攀移557

9.2.3 纯台阶的挪动566

9.2.4 不相关原子挪动和/或扩散传输572

9.2.5 溶质原子拖曳576

9.2.6 金属中非滑动（热活化）晶界运动的实验观察580

9.3 扩散界面的机制和模型590

9.3.1 非线性弹性波（或共格位错）的传播590

9.3.2 自扩散591

9.4 界面运动方程593

9.4.1 当υ=υ（？）时的界面运动594

9.4.2 毛细压力作用下弯曲界面的运动597

9.4.3 更一般的守恒运动599

9.5 钉扎对界面运动的阻碍599

9.5.1 嵌入颗粒产生的钉扎效应599

9.5.2 自由表面凹槽产生的钉扎效应607

参考文献611

第10章 界面非守恒运动：界面作为原子扩散通量的源/汇617

10.1 引言617

10.2 界面作为源/汇的一般性质618

10.2.1 “扩散控制”、“界面控制”和“混合控制”动力学618

10.2.2 源/汇活动过程中的能量耗散622

10.2.3 驱动源/汇活动的最大可用能量624

10.3 晶界作为原子通量的源/汇625

10.3.1 引言625

10.3.2 小角度晶界626

10.3.3 大角度晶界634

10.4 锐异相界面作为原子通量的源/汇640

10.4.1 模型640

10.4.2 实验观察643

10.5 扩散异相界面作为溶质原子的源/汇662

10.6 源/汇活动过程中界面稳定性的问题665

参考文献669

第四部分 界面性质677

第11章 界面电子性质677

11.1 引言677

11.2 金属-半导体界面680

11.2.1 引言680

11.2.2 肖特基模型681

11.2.3 Bardeen模型684

11.2.4 金属诱发隙态684

11.2.5 缺陷模型689

11.2.6 肖特基势垒随金属覆盖率的变化689

11.2.7 Si的肖特基势垒691

11.2.8 对肖特基势垒模型的讨论694

11.2.9 不均匀肖特基势垒694

11.3 半导体异质结695

11.3.1 引言695

11.3.2 能带偏移697

11.4 金属中的晶界706

11.5 半导体中的晶界710

11.6 高温超导体中的晶界717

参考文献722

第12章 界面力学性质727

12.1 引言727

12.2 双晶体和多晶体中的相容性应力727

12.2.1 外加弹性应力引起的相容性应力728

12.2.2 塑性应变引起的相容性应力732

12.2.3 加热/冷却引起的相容性应力734

12.3 位错与界面之间的弹性相互作用734

12.4 界面作为点阵位错的汇或阱738

12.4.1 引言738

12.4.2 小角度晶界739

12.4.3 大角度晶界和异相界面744

12.4.4 碰撞点阵位错的全局平衡753

12.5 界面作为界面位错和点阵位错的源754

12.5.1 界面作为界面位错的源755

12.5.2 界面作为点阵位错的源756

12.6 界面作为点阵位错滑移的障碍761

12.6.1 晶界761

12.6.2 异相界面764

12.7 低温下界面对双晶体和多晶体中塑性变形的作用765

12.7.1 同相双晶体和多晶体765

12.7.2 异相双晶体和多晶体769

12.8 高温下界面对双晶体和多晶体中塑性变形的作用769

12.8.1 界面滑移769

12.8.2 多晶体的蠕变783

12.9 同相界面的断裂793

12.9.1 综述同相多晶体中不同类型断裂的实验观察结果793

12.9.2 解理裂纹的扩展797

12.9.3 低温下位错滑移产生塑性流变使晶界处的孔洞长大和合并809

12.9.4 高温下扩散、幂律蠕变和晶界滑移使晶界处的孔洞长大和合并812

12.10 异相界面的断裂822

参考文献824

索引835