[科普中国]-间隙溶液

间隙溶液，作为理想的金属晶格而言，氢、氧、氮、碳(硫除外，它不属于间隙相元素)，在达到一定浓度值以前，将仅以间隙溶液形式存在。

定义作为理想的金属晶格而言，氢、氧、氮、碳(硫除外，它不属于间隙相元素)，在达到一定浓度值以前，将仅以间隙溶液形式存在。

半径分别接近于0.46、0.7、0.71、0.77的氢、氧、氮、碳的原子填充到金属晶格的结点中间并不置换金属原子，使晶格对称性稍有扭曲。除间隙固溶体外，气体在金属中还能以剩余相(凝聚相和气态相)形式，围绕位错堆聚的形式以及在内表面上的吸着形式存在。

气体杂质元素的原子在间隙固溶体和位错附近的堆聚区之间可以达到平衡分配，在温度急剧改变的情况下，原先接近平衡的气体－金属系统变成不平衡，为吸着和解吸过程的发展提供条件。

浓度大小室温下通常此相浓度界限不大，且随着温度的升高而增大。在给定的温度下，超过溶解度时则形成次级固溶体(氢化物、氮化物或氧化物相)。次级固溶体的晶体结构与初级的不同。例如：400摄氏度时，氮在铁中形成一种填隙式固溶体，浓度可达0.4个氮原子/100个铁原子。

此时氮含量在初级固溶体范围，未超过极限溶解度，该相呈体心立方晶形存在，这正是在相应温度下，溶剂金属铁的结构。当加入更多的氮，超过极限溶解度则形成次级相，Fe4N(r，)；它含有24.1-25.8个氮原子/100个铁原子的氮。这种次级相是面心立方结构。当氮含量达到35.5个氮原子/100个铁原子时，形成密堆积六角形相，因此可看出加入气体会改变金属原子的堆积形式。

相关研究过渡金属第一性原理的文献进行了详细的讨论与分析，发现第一性原理对部分金属和金属间化合物的物理性质的理论分析已取得了较大的成功，但是在对部分过渡金属纯单质的计算中仍存在较大问题1。

同时提出，通过比较由第一性原理的不同计算方法获取的相关数据和详细分析元素的微观组成可为物质的晶格稳定性提供合理的解释2。

本词条内容贡献者为:

刘军 - 副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所