晶格空位

在晶体学中，空位是晶体中的一种点缺陷，其中一个晶格位置缺少原子。 晶体固有地具有缺陷，有时称为晶体缺陷。

空位自然存在于所有结晶材料中。 在任何给定温度下，直到材料的熔点，存在平衡浓度（空晶格位置与包含原子的位置的比率）。 在某些金属的熔点下，该比例约为 1:1000。 这种温度依赖性可以通过以下方式建模

N v = N exp ⁡ ( − Q v / k B T ) ，其中 Nv 是空位浓度，Qv 是空位形成所需的能量，kB 是玻尔兹曼常数，T 是xxx温度，N 是原子位点的浓度，即

N = m N A / M 。其中 m 是质量，NA Avogadro 常数，M 是摩尔质量。

这是最简单的点缺陷。 在这个系统中，一个原子从其常规原子位置丢失。 凝固过程中由于原子的振动、原子的局部重排、塑性变形和离子轰击而形成空位。

空位的产生可以通过考虑破坏晶体内部原子与其最近的相邻原子之间的键所需的能量来简单地建模。 一旦该原子从晶格位置移出，它就会被放回晶体表面，并且由于与表面上的其他原子建立了新键，所以会恢复一些能量。 然而，存在能量的净输入，因为表面原子之间的键比晶体内部原子之间的键少。

在大多数应用中，空位缺陷与材料的预期用途无关，因为它们要么太少，要么在整个多维空间中间隔开，使得力或电荷可以在空位周围移动。 然而，在碳纳米管等更受限结构的情况下，空位和其他晶体缺陷会显着削弱材料。