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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ξ 387

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Mi 399

5.9.1 引言 399

5.9.2 平衡系统分析：引入扩散势Mi 400

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