Thermodynamic Basis of Crystal Growth: P-T-X Phase Equilibrium and Non-Stoichiometry

خواص برخی از مواد معدنی (به ویژه نیمه رساناها و ابررساناهای با Tc بالا) به شدت به ترکیب کریستال وابسته است، در حالی که محدوده همگنی یا حداکثر غیراستوکیومتری جامد اغلب کمتر است. از دقت روش‌های تحلیلی مرسوم (تقریباً 0.1 در درصد). در نتیجه، روش‌های جدید و حساس‌تری باید برای بررسی غیراستوکیومتری ایجاد شود. برای بسیاری از انواع مواد، اسکن فشار بخار می تواند چنین تکنیکی باشد. این روش توسط نویسنده ایجاد شده است و روشی برای تعیین ترکیب جامد X در دمای اندازه گیری شده T و فشار است. Pبا دقت بی نظیر تا 10-4% در دماهای بالا (تا 1200 درجه سانتیگراد). همراه با نتایج به دست آمده توسط نویسنده و همکارانش، نمودارهای P-T-X سایر مواد مهم (به عنوان مثال نیمه هادی های III-V، IV-VI) نیز مورد بحث قرار گرفته است. نمایشگاه در دو بخش است. در اولین مورد، یک رویکرد ترمودینامیکی هندسی برای ارائه گام به گام نمودارهای P-T-X سیستم های باینری استفاده می شود. انواع نمودارهایی که بیشتر در علم مواد با آن مواجه می شوند مورد بحث قرار می گیرند. ترکیب کریستال های رشد یافته از ماتریس های مختلف در ارتباط با نمودارهای P-T-X ارائه شده است. در بخش دوم نمونه هایی از سیستم هایی که اخیراً به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفته اند آورده شده است. در سراسر کتاب تاکید بر استدلال قانون فاز حلالیت جهانی است. اینجاست که این کتاب با سایر متون (بسیار کمیاب) در نمودارهای فازی P-T-X متفاوت است. این کتاب مورد توجه جامعه وسیع دانشمندان علم مواد و اساتید دانشگاه و دانشجویان آنها خواهد بود.

The properties of some inorganic materials (semiconductors, and high-Tc superconductors, in particular) are strongly dependent on the composition of the crystal, whereas the homogeneity range, or the maximum non-stoichiometry of the solid, is very often less than the precision of the conventional analytical methods (roughly 0.1 at.%). Consequently, new and more sensitive methods must be developed to probe the non-stoichiometry. For many types of materials vapor pressure scanning can be such a technique. This method was developed by the author, and it is a way of determining the composition of the solid, X, at the measured temperature, T, and pressure, P, with an unparalleled accuracy of up to 10-4 at.% at high temperatures (up to 1200° C). Along with the results obtained by the author and his colleagues, P-T-X diagrams of other important materials (e.g. III-V, IV-VI semiconductors) are also discussed. The exposition is in two parts. In the first one a geometrical thermodynamic approach is used for a step-by-step presentation of P-T-X diagrams of binary systems. The types of diagrams most frequently encountered in materials science are discussed. The composition of crystals grown from various matrices is presented in conjunction with the P-T-X diagrams. In the second part examples of systems which have been recently experimentally studied are given. Throughout the book emphasis is placed on the Phase Rule argument of universal solubility. This is where this book differs from the other (quite scarce) texts on P-T-X phase diagrams. This book will be of interest to the wide community of materials scientists, and to university lecturers and their students.