固体物理课件1.1-1.2密堆积.pdf

第一章第一章 晶体的结构晶体的结构 本章从晶体的微观结构入手，重点介绍本章从晶体的微观结构入手，重点介绍 原胞、晶胞、晶面、倒格子和对称性原胞、晶胞、晶面、倒格子和对称性等基本概等基本概 念，从而研究晶体的结构。念，从而研究晶体的结构。 1.1 晶体的基本性质晶体的基本性质 组成晶体的组成晶体的原子的排列方式原子的排列方式（晶体结构）决定了晶体的（晶体结构）决定了晶体的 性质！性质！ 性质性质1.1.长程有序长程有序： 晶体中的晶体中的分子分子( (原子原子) )在较大在较大 范围内范围内( (至至 少微米量级少微米量级) ) 按按 一定方式的有序排列一定方式的有序排列. . 特点：特点： 晶面有规则、对称地配置晶面有规则、对称地配置. . 1.1 晶体的基本性质晶体的基本性质 性质性质2.2.自限性：自限性： 晶体具有自发地形成封闭晶体具有自发地形成封闭 几何多面体的特性几何多面体的特性. 特点：相应晶面的面积相等。特点：相应晶面的面积相等。 图图 不同生长条件下不同生长条件下NaCl晶体晶体 1.1 晶体的基本性质晶体的基本性质 晶面夹角守恒定律晶面夹角守恒定律: 石英晶体的石英晶体的mm两面夹角为两面夹角为60度，度，mR两面夹角为两面夹角为38度度13分，分，mr两面夹角为两面夹角为 38度度13分。分。 同一品种的晶体，对应的两晶面同一品种的晶体，对应的两晶面 间夹角恒定不变间夹角恒定不变. 1.1 晶体的基本性质晶体的基本性质 性质性质3. 晶体的各向异性晶体的各向异性 晶体的各项异性是晶体的平移对称性在晶体物理性质上的晶体的各项异性是晶体的平移对称性在晶体物理性质上的 反映，是晶体区别于非晶体的主要性质！反映，是晶体区别于非晶体的主要性质！ 光学性质和热学性质！光学性质和热学性质！ 1.1 晶体的基本性质晶体的基本性质 晶体的各向异性晶体的各向异性 光学特性光学特性：晶体折射率的各向异性。：晶体折射率的各向异性。 解理面解理面： 晶体易于沿某些特定方向的晶面发生劈裂，晶体易于沿某些特定方向的晶面发生劈裂， 解理面是解理面是 能量相对较低的稳定面能量相对较低的稳定面 物理常数的各项异性物理常数的各项异性： 弹性常数、压电常数、介电常数、弹性常数、压电常数、介电常数、 电导率等，采用张量表示电导率等，采用张量表示 1.1 晶体的基本性质晶体的基本性质 晶体的宏观特性：晶体的宏观特性： 长程有序长程有序 、各向异性、自限性、晶面夹角守恒、解理面、各向异性、自限性、晶面夹角守恒、解理面、 对称性、固定的熔点等对称性、固定的熔点等 晶体为什么会有这些宏观特性呢？晶体为什么会有这些宏观特性呢？ 晶体的宏观特性是由晶体晶体的宏观特性是由晶体内部结构内部结构的的周期性周期性决定的。决定的。 即晶体的宏观特性是微观特性的反应。即晶体的宏观特性是微观特性的反应。 1.1 晶体的基本性质晶体的基本性质 两个世纪以前，人们认为晶体是由两个世纪以前，人们认为晶体是由实心的基石实心的基石 堆砌而成的，它形象地直观地描述了晶体内部的规则堆砌而成的，它形象地直观地描述了晶体内部的规则 排列。直到现在人们仍沿用这种排列。直到现在人们仍沿用这种堆积堆积方式来形象地描方式来形象地描 述晶体的简单晶格结构。述晶体的简单晶格结构。 a 基本思想：晶体是由基本思想：晶体是由半径相同的小球半径相同的小球堆积而成！堆积而成！ 两个基本概念：两个基本概念： 致密度致密度：在：在结构单元（晶胞）结构单元（晶胞）中刚性原子球所占的体积比。中刚性原子球所占的体积比。 配位数配位数：一个刚性原子球最紧邻的刚性原子球的数目。：一个刚性原子球最紧邻的刚性原子球的数目。 堆积：堆积： 松散的堆积和密堆积松散的堆积和密堆积 。 1.2 密堆积密堆积 1.2 密堆积（立方晶系）密堆积（立方晶系） 堆积：堆积： 松散堆积和密堆积松散堆积和密堆积 松散堆积：松散堆积：简单立方堆积简单立方堆积 体心立方堆积体心立方堆积 密集堆积密集堆积：面心立方堆积和六角堆积：面心立方堆积和六角堆积 一维一维 二维正方松散二维正方松散堆积堆积 二维密排二维密排堆积堆积 二维二维堆积堆积 1 1 简单立方堆积简单立方堆积 原子球在一个平面原子球在一个平面 内呈正方排列内呈正方排列 平面的原子层叠加起的简单立方排列平面的原子层叠加起的简单立方排列 简立方结构单元简立方结构单元 配位数配位数 ： 2. 体心立方堆积体心立方堆积 体心立方结构单元 配位数 = ？ 体心立方晶格 结构的金属：Li、Na、K、Rb、Cs、Fe 等 体心立方晶格中，A层中原子球的距离等于AA层之间的距 离，A层原子球的间隙 2. 体心立方堆积体心立方堆积 3. 密堆积密堆积 一维：一维： 二维正方二维正方堆积堆积 二维密排二维密排堆积堆积 原子球排列原子球排列 ： ABC ABC ABC 原子球排列原子球排列 ： AB AB AB 面心密排堆积和六角密排堆积面心密排堆积和六角密排堆积 3. 密堆积密堆积 原子球排列原子球排列 ：AB AB AB 3.1 六角密堆六角密堆 Be（铍铍 ）、Mg、Zn、Cd（镉）镉） 3.1 六角密堆六角密堆 六角密排结构单元 3.2 面心立方密堆面心立方密堆 3.2 面心立方密堆面心立方密堆 1蓝6红6黄1蓝（1661） 3.2 面心立方密堆面心立方密堆 致密度致密度 = 21/2/6 =0.74 配位数配位数 = ？ 3.2 面心立方密堆面心立方密堆 金刚石结构金刚石结构 3.2 面心立方密堆面心立方密堆 小小 结结 晶体的共性：晶体的共性：长程有序、自限性和各向异性长程有序、自限性和各向异性 配位数：配位数：用来表征原子排列的紧密程度。用来表征原子排列的紧密程度。 密堆积：密堆积：在六角和立方两种密积中晶体的配在六角和立方两种密积中晶体的配 位数是位数是1212，是晶体结构中的最大的，是晶体结构中的最大的 配位数。配位数。 面心立方面心立方 六角密排六角密排 简立方简立方 体心立方体心立方 小小 结结 a 3 4 : 3 : : r r nV V n 原子球半径 致密度晶胞体积（立方体的体积） 一个晶胞内含有的原子球的个数 致密度致密度：一个晶胞：一个晶胞 中刚性原子球占据的体积与晶胞体积的比值。中刚性原子球占据的体积与晶胞体积的比值。 524. 0 6)2( 3 4 3 4 1 3 4 3 3 3 33 r r a r V r n 简立方致密度简