晶体的点阵结构和晶体材料.ppt

第9章 晶体的点阵结构和晶体材料,沙粒,雪花,晶体 Crystal 源于希腊文“洁净的冰晶”,三维空间的周期性 均匀性 各向异性（玻璃为各向同性） 多面体（F+V=E+2，符合欧拉公式） 有明确的熔沸点（玻璃只有软化温度） 对称性 衍射效应（ 均匀性）x-ray，电子，中子 衍射，有特征的衍射图谱,一、晶体结构的特征,石英晶体的不同外形与晶面,石英晶体（长程有序） 硅酸盐玻璃（长程无序）,点阵（晶格lattice)：晶体中的重复单元，用一个抽象的点表示，一组无限的点，有平移对称性 例： 一维点阵：A B A B A B A B,二维点阵（平面点阵）,三维点阵,金属钠、钾的体心立方点阵,晶体对X-射线的衍射,W. H. Bragg 和 W. L. Bragg父子把 Laue 的衍射理论简化为反射原理 Bragg 方程,2 d sin = n n 取正整数,多晶X-射线衍射图,晶胞( cell) : 按晶体结构的周期性，把晶体划分为平行六面体单位，称为晶胞，晶胞代表晶体的基本重复单位，包括大小、形状和内容 晶胞参数，a, b, c, (边长） ，,晶胞,晶体的对称性 平移对称性 螺旋轴 滑移面 七个晶系 立方 a=b=c; =90 四方 a=bc; =90 六方 a=bc; =120 正交a bc; =90 三方，单斜，三斜,体心立方晶胞,简单立方晶胞,CsCl的晶胞 CsCl的 简单立方点阵,NaCl的晶胞 NaCl的 面心立方点阵,金刚石的立方晶胞 石墨的六方晶胞 原子坐标（000, 100),等径圆球的密堆积,非密置层 密置层 （最密堆积） 配位数12 每个原子周围平均有2个四面体空隙 1个八面体空隙,二、金属的等径圆球密堆积,B,B,B,B,B,A,A,A,A,A,A,A,A,B,B,六方最密堆积(hcp) 立方最密堆积 (ccp or fcc) ABABAB ABCABCABC 空间占有率 74% 空间占有率 74%,ABABAB六方密堆,ABCABC 立方密堆,Chapt.13.14 C60的立方密堆,六方晶胞,面心立方晶胞,体心立方堆积，空间利用率68%,1、离子化合物的结构类型 阴离子按照hcp, fcc, bcc等形式堆积 阳离子填入阴离子堆积的八面体、四面体或立方体空隙 阴离子和阳离子的半径匹配,三、离子化合物的结构,离子化合物中正负离子作用的势能图,主要的离子化合物形式： NaCl型：Na+在 Cl-的八面体空隙（6配位） ZnS型（立方）：Zn2+在S2-的四面体空隙（4配位） CsCl型：Cs+在Cl-的 立方体空隙（8配位） r+/r- 越大，阳离子的配位数越高 空隙类型 配位数 例子 平面三角空隙 3 BO3， CO3 四面体空隙 4 ZnS，SiO2 八面体空隙 6 NaCl 立方体空隙 8 CsCl Chapt.13.13,NaCl,CsCl,TiO2（金红石）,NiAs的六方晶胞,ZnS(立方),ZnS(六方),原子坐标表示原子在晶胞中的位置 CsCl的原子坐标： Cs: (1/2, 1/2 , 1/2) Cl: (0,0,0),(1,0,0), (0,1,0), (0,0,1),(1,1,1) NaCl的原子坐标： Na: (0, 0 , 1/2), (1/2, 0 , 0). Cl: (0,0,0),(1,0,0), (0,1,0), (0,0,1),(1,1,1),NaCl的晶胞,2、离子半径,与周期表中的位置有关，Li+Na+K+ 与电荷有关 Fe3+Fe2+, 负离子大于正离子 与配位数有关，配位数越高，半径越大,立方钙钛矿（CaTiO3，即 ABO3 ）的晶胞,超导材料YBa2Cu3O7-x (x0.2),晶体中的Schottky缺陷(空位）,晶体中的Frenkel缺陷(位错）,分子晶体,冰的结构,a=4.504 b= 4.504 C=7.334 =90 =90 =120 V=128.8 Z=4 空间群 p63/mmc,普通冰的x- 射线衍射图,石英(六方）,方石英(立方）,原子晶体 SiO2的结构,化合物的合成：有机化合物，无机化合物，纳米材料 1、元素分析, 原子光谱（原子吸收， 原子发射） 等离子光谱（ICP），X-光荧光分析 2、有机化合物的结构和官能团分析，分子振动光谱（IR， Raman），核磁共振（NMR）,四、化学物质 的（合成）和表征,金属有机化合物的红外光谱图,CO的紫外光电子能谱图,磁天平,3、化合物的价态和电子结构， UV，EPR，光电子能谱, 磁天平,4、晶体的物相分析：X-射线衍射，中子衍射，电子衍射 JCPDS标准卡片数据确认物相 Al2O3+Y2O3 Y3Al5O12 (钇铝石榴石） TiO2+BaCO3 BaTiO3 产物是单一物相还是混合物相？ 是否是所需物相？ 例如：“Al2O3” 有Al2O3 ， Al2O3 ， Al2O3， Al2O3, 无定 形的Al2O3.xH2O, 超细氧化铝,x-射线衍射测定晶体结构示意图,Y2O3的多晶X-射线衍射图,Y3Al5O12的X-射线多晶衍射图 （立