无机材料科学结晶学基础PPT学习教案

1、会计学1无机材料科学结晶学基础无机材料科学结晶学基础第1页/共104页第2页/共104页第3页/共104页GaAs(001) Ga-rich 4x6 110110第4页/共104页第5页/共104页第6页/共104页Cl Na第7页/共104页第8页/共104页Cl Na第9页/共104页a轴对a角 b轴对角 c轴对角第10页/共104页等同点等同点种类不同种类不同/环境不同环境不同无限大二维网无限大二维网格格有限大二维网格有限大二维网格表面表面/内部不同内部不同 1324第11页/共104页第12页/共104页第13页/共104页组成单元组成单元空间分布空间分布空间点阵空间点阵几何点几何点无

2、限大无限大实际晶体实际晶体实际原子或离子实际原子或离子有限大有限大第14页/共104页4.4.晶体与非晶体的区别晶体与非晶体的区别第15页/共104页固定的熔点固定的熔点:质点规则排列宏观质点规则排列宏观表现表现第16页/共104页自限性自限性1432第17页/共104页物质内能物质内能物质存在状态物质存在状态结晶态结晶态玻璃态玻璃态液态液态气态气态第18页/共104页对称就是物体相同部分有规律的重复。对称就是物体相同部分有规律的重复。蝴蝶的对称花冠的对称不对称的图形第19页/共104页一、对称的特点一、对称的特点第20页/共104页第21页/共104页操作类型操作类型对称操作对称操作 辅助几

3、何要素辅助几何要素对称要素对称要素 简单简单 反伸反伸点点( (对称中心对称中心) )对称中心对称中心反映反映面面( (镜面镜面) )对称面对称面旋转旋转线线( (对称轴对称轴) )对称轴对称轴 复杂复杂旋转旋转+ +反伸反伸线和线上的定点线和线上的定点旋转反伸轴旋转反伸轴旋转旋转+ +反映反映线和垂直于线的线和垂直于线的平面平面旋转反映轴旋转反映轴第22页/共104页晶体中可以有对称中心，也可以没有对称中心；晶体中可以有对称中心，也可以没有对称中心；如果有对称中心，那麽只能有如果有对称中心，那麽只能有一个一个。 1 1、对称中心（、对称中心（C C）-反伸（倒反）反伸（倒反）第23页/共10

4、4页2 2、对称面（、对称面（P P）-反映反映一个晶体中可以有对称面，也可以没有对称面；一个晶体中可以有对称面，也可以没有对称面；可以有一个，也可以有多个，但最多不能超过可以有一个，也可以有多个，但最多不能超过9 9个。个。第24页/共104页3 3、对称轴、对称轴L Ln n第25页/共104页四方柱中的对称四方柱中的对称轴轴垂直方向：垂直方向：1 1个个L L4 4 水平方向：水平方向：4 4个个L L2 2 L4 第26页/共104页4 4 、旋转反伸轴、旋转反伸轴倒转轴倒转轴第27页/共104页四次旋转反伸轴四次旋转反伸轴第28页/共104页第29页/共104页5 5 、旋转反映轴、

5、旋转反映轴映转轴映转轴第30页/共104页三、对称型（点群三、对称型（点群）晶体外形上的对称型共有晶体外形上的对称型共有32种。种。第31页/共104页每一个晶族再根据对称特点分成若干个晶系。每一个晶族再根据对称特点分成若干个晶系。第32页/共104页晶体类别类别分类标准分类标准32个晶类个晶类对称型对称型n2的轴的轴三个晶族三个晶族每个晶族在细分成晶系第33页/共104页晶族晶族晶晶 系系对称特点对称特点实实 例例低级低级三斜三斜无无L L2 2和和P P钙长石钙长石 C C单斜单斜L L2 2和和P P均不多于一个均不多于一个石膏石膏 L L2 2PCPC斜方斜方L L2 2和和P P的总

6、数不多于三个的总数不多于三个重晶石重晶石 3L 3L2 23PC 3PC 中级中级三方三方唯一的高次轴为三次轴唯一的高次轴为三次轴方解石方解石L L3 33L3L2 23PC 3PC 四方四方唯一的高次轴为四次轴唯一的高次轴为四次轴锆石锆石 L L4 44L4L2 25PC5PC六方六方唯一的高次轴为六次轴唯一的高次轴为六次轴磷灰石磷灰石 L L6 6PCPC高级高级等轴等轴必定有四个必定有四个L L3 3方铜矿方铜矿 3 3L L4 44L4L3 36L6L2 29PC9PC第34页/共104页晶体定向晶体定向结晶符号结晶符号第35页/共104页xyuz三轴定向ab-c四轴定向abdc第36

7、页/共104页a ab bc ca ab bc cd d 坐标轴的交点应位于晶体中心。四轴定向主要用于三坐标轴的交点应位于晶体中心。四轴定向主要用于三方、六方晶系。轴角通常用方、六方晶系。轴角通常用 、表示：表示： = b = b轴轴c c 轴轴-与与a a轴相对轴相对 = a = a 轴轴 c c 轴轴-与与b b轴相对轴相对 = a = a 轴轴 b b轴轴-与与a a轴相对轴相对第37页/共104页1 1、晶轴的选择应遵守下列原则、晶轴的选择应遵守下列原则：第38页/共104页第39页/共104页第40页/共104页晶系晶系晶体几何常数晶体几何常数晶轴的选择晶轴的选择三斜晶系三斜晶系以任

8、意三条晶棱方向或角顶连线为以任意三条晶棱方向或角顶连线为a a 、 b b 、 c c 轴轴单斜晶系单斜晶系 90 90 9090 以唯一的以唯一的 L L2 2 或对称面或对称面 法线为法线为 b b 轴，轴，2 2 条垂直于条垂直于 b b 轴的晶棱方向轴的晶棱方向为为a a 、c c 轴轴斜方晶系斜方晶系、 9090 以以3 3个互相垂直的个互相垂直的 L L2 2 为为a a 、 b b 、 c c 轴；或以唯一的轴；或以唯一的 L L2 2为为c c 轴轴四方晶系四方晶系、 9090以唯一的以唯一的 L L4 4为为c c 轴，垂直于轴，垂直于 c c 轴轴的的2 2条互相垂直的条互

9、相垂直的 L L2 2为为a a 、b b轴轴三方晶系三方晶系、9090以唯一的以唯一的 L L3 3为为c c 轴，垂直于轴，垂直于 c c 轴轴的的 3 3 条条L L2 2为为a a 、b b 、d d 轴轴六方晶系六方晶系、9090120120以唯一的以唯一的 L L6 6或或 L Li i6 6 为为c c 轴，垂直轴，垂直于于 c c 轴的轴的 3 3 条条L L2 2为为a a 、b b 、d d 轴轴等轴晶系等轴晶系、9090以互相垂直的以互相垂直的 3 3 L L4 4 个分别为个分别为a a 、 b b 、 c c 轴轴第41页/共104页结晶符号结晶符号第42页/共104

10、页 坐标系，坐标系，要求坐标原点不在待标晶面上要求坐标原点不在待标晶面上，各轴单，各轴单位分别是单位平行六面体（晶胞）边长位分别是单位平行六面体（晶胞）边长 a a、b b、c c 求出晶面在求出晶面在 x x、y y、z z 轴上的截距轴上的截距 papa、qbqb、rc,rc,则截距系数分别为则截距系数分别为 p p、q q 和和 r r。 取截距系数的倒数比，并化简。即：取截距系数的倒数比，并化简。即：1/1/p:1/q:1/r = h:k:l p:1/q:1/r = h:k:l （h:k:lh:k:l应为简单整数比应为简单整数比） 去掉比例符号，小括号括之，写成（去掉比例符号，小括号括

11、之，写成（hklhkl）, ,即为即为待标定晶面的米勒符号。待标定晶面的米勒符号。晶面符号的确定步骤晶面符号的确定步骤第43页/共104页y第44页/共104页（001）（001）(010)(010)(100)(100)(1100)(0110)（1010）第45页/共104页第46页/共104页 选定坐标系，各轴单位分别是单位平行六面体（晶胞）边长 a、b 和 c； 过原点作一直线，使其平行于待标定晶向AB； 直线上任取一点P，求出P点在坐标轴上的坐标 xa、yb、zc； xa/a:yb/b:zc/c = u:v:w 应为整数比,去掉比 号以方括号括之，uvw即AB的晶向符号。晶向符号的确定步

12、骤晶向符号的确定步骤第47页/共104页 B C O A OAOA晶向晶向:120:120 OBOB晶向晶向:103 111:103 111晶向垂直于（晶向垂直于（111111）面）面 OCOC晶向晶向:123:123在立方晶系中，晶向指数与晶面指数相同时，则晶在立方晶系中，晶向指数与晶面指数相同时，则晶面与晶向垂直。如上图。面与晶向垂直。如上图。不同晶面与晶向具有不同的原子密度，因而晶体在不同晶面与晶向具有不同的原子密度，因而晶体在不同方向上表现出不同的性质。不同方向上表现出不同的性质。各向异性各向异性第48页/共104页第49页/共104页第50页/共104页第51页/共104页单形与聚形

13、的相互关系单形与聚形的相互关系第52页/共104页找出空间格子的规律性用一个最小找出空间格子的规律性用一个最小最简单的单元来表示空间格子表示最简单的单元来表示空间格子表示晶体内部质点排列规律晶体内部质点排列规律第53页/共104页一、单位平行六面体的划分一、单位平行六面体的划分第54页/共104页第55页/共104页第56页/共104页二、十四种布拉维格子二、十四种布拉维格子第57页/共104页第58页/共104页四、晶体的微观对称要素四、晶体的微观对称要素第59页/共104页1 1、都有无数多个和它相同的对称要素、都有无数多个和它相同的对称要素2 2、微观对称操作中出现了、微观对称操作中出现

14、了平移操作。平移操作。3 3、若平移距离为零，则微观对称要素、若平移距离为零，则微观对称要素= =同类型的宏观同类型的宏观对称要素。对称要素。晶体微观对称的特点晶体微观对称的特点4 4、微观对称要素不可能交于一点、微观对称要素不可能交于一点第60页/共104页第61页/共104页平移轴平移轴 晶体构造中一条假想的直线，晶体晶体构造中一条假想的直线，晶体 构造沿这条直线移动一定距离，构造沿这条直线移动一定距离， 可使相等的部分重合。可使相等的部分重合。滑移面滑移面 晶体构造中一个假想的平面，当晶体构造对晶体构造中一个假想的平面，当晶体构造对 此平面进行反映后再行此平移动一定距离，此平面进行反映后

15、再行此平移动一定距离， 构造中每个质点均与相同的质点重合，整个构造中每个质点均与相同的质点重合，整个 构造自相重。构造自相重。滑移面可分为：滑移面可分为： a a 、b b 、c c 、n n 、d d 五种。五种。第62页/共104页 螺旋轴螺旋轴第63页/共104页五、空间群的概念五、空间群的概念第64页/共104页结晶化学的主要内容结晶化学的主要内容宏观宏观微观微观第65页/共104页孤立原子半径示意图孤立原子半径示意图第66页/共104页一、原子半径和离子半径有效半径一、原子半径和离子半径有效半径第67页/共104页晶体中有效半径示意图晶体中有效半径示意图第68页/共104页类型名称特

16、征化学强键金属键金属键 无方向性和饱和性无方向性和饱和性离子键离子键 无方向性和饱和性无方向性和饱和性共价键共价键 有方向性和饱和性有方向性和饱和性弱键分子键分子键 分子偶极距的作用包括取向力、诱导力、分子偶极距的作用包括取向力、诱导力、色散力三部分。也是色散力三部分。也是 无方向性和饱和性。无方向性和饱和性。氢键氢键有方向性和饱和性有方向性和饱和性第69页/共104页金属键金属键离子键离子键分子键分子键共价键共价键第70页/共104页 X 0.20.40.60.81.01.21.41.6离子键离子键% %1491522303947 X1.82.02.22.42.62.83.03.2离子键离子

17、键% %5563707682868992第71页/共104页第72页/共104页为什么要用球模型？为什么要用球模型？三、球体紧密堆积原理三、球体紧密堆积原理第73页/共104页第74页/共104页第75页/共104页密堆六方密堆六方原子位置原子位置 12个顶角、上下底心和体内个顶角、上下底心和体内3处处 第76页/共104页八面体八面体间隙间隙：位置位置 体内体内 单胞数量单胞数量 6大小大小 四四面体面体间隙间隙：位置位置 棱和中心线的棱和中心线的1/4和和3/4处处 单胞数量单胞数量 12大小大小第77页/共104页第78页/共104页 将原子假定将原子假定为刚性球，他们为刚性球，他们在堆

18、垛排列时必在堆垛排列时必然存在间隙。在然存在间隙。在面心立方晶格中面心立方晶格中存在的间隙主要存在的间隙主要有两种形式：有两种形式： 八面体间隙八面体间隙：位置位置 体心和棱中点体心和棱中点单胞数量单胞数量 12/4 + 1 = 12/4 + 1 = 4 4 大小大小 四四面体面体间隙间隙：位置位置 四个最近邻原子的中心四个最近邻原子的中心 单胞数量单胞数量 8 8 大小大小 第79页/共104页第80页/共104页第81页/共104页第82页/共104页第83页/共104页 第84页/共104页第85页/共104页名名 称称堆积方式堆积方式配位数配位数密排面密排面空空 隙隙堆积系堆积系数数六

19、方密六方密堆积堆积ABABABAB1212（00010001）四面体空隙四面体空隙八面体空隙八面体空隙0.740.74立方密立方密堆积堆积ABCABCABCABC1212（111111）四面体空隙四面体空隙八面体空隙八面体空隙0.740.74第86页/共104页 体心立方次密堆积和简单立方堆积体心立方次密堆积和简单立方堆积 2 2、等径球体的另外两种常见堆积、等径球体的另外两种常见堆积第87页/共104页体心立方次密堆积体心立方次密堆积 bcc Body-centered cubic第88页/共104页原子位置原子位置 立方体的八个顶角和体心立方体的八个顶角和体心 第89页/共104页侧面中心线侧面中心线1/4和和3/4处处 八面体八面体间隙：间隙：6个个位置位置 面心和棱中点面心和棱中点 单胞数量单胞数量 12/3 + 6/2 = 6大小大小 四四面体面体间隙：间隙： 12 个个第90页/共104页第91页/共104页第92页/共104页四、配位数和配位多面体四、配位数和配位多面体1 1、配位数（、配位