1-1晶体结构.ppt

1、晶体结构 简单实例,韩琴 2011-02-21,阿羽依最初研究晶体结构时，提出了晶体是由一些相同的“实心基石”有规则地堆积而成的模型。这种观点虽然粗糙、但其直观、形象地描述了晶体内部规则排列这一特点。 原子球的规则堆积 晶格：晶体中原子排列的具体形式,基本概念,配位数：粒子周围最近邻的粒子数 致密度：把原子看作刚球时，晶胞内原子所占总体积与晶胞体积的比率。表示晶体中原子在空间中的堆积的紧密程度。,二维堆积,二维情况下致密的堆积是？,简单立方-simple cubic，sc,二维正方，三维球心相对 三个基矢互相垂直，重复间距相等 a=2r，晶胞体积=a3 ； 配位数=6 ；致密度 实例：固体硫,

2、体心立方-body-centered cubic, bcc,在立方体的8个顶角各有一个与相邻晶胞共有的原子，立方体中心还有一个原子 晶胞基矢垂直，晶格常数a=b=c，原子直径为体对角线上原子间距的一半 晶胞原子数为2，配位数=8，致密度 Li Na K Rb Cs Fe等,密堆积,晶体中的原子（或离子）由于彼此之间的吸引力会尽可能地靠近，以形成密堆积排列的稳定结构。 最紧密的堆积称为密堆积（close packing） 平面密排结构 三维堆积方式有两种： 六角密堆积六方晶格: AB AB AB 立方密堆积面心立方：ABC ABC ABC 粒子排列越紧密，配位数越大，晶体的结合能越低。,六方密排

3、-Hexagonal Closed-Packed，hcp,六角密堆积六方晶格: AB AB AB ,六方密排-Hexagonal Closed-Packed，hcp,六角密堆积六方晶格: AB AB AB 底边长为a，高为c的正六棱柱 配位数=？，致密度=？ 实例：Be Mg Cd Ni Zn等,面心立方-face-centered cubic, fcc,立方密堆积面心立方：ABC ABC ABC ,面心立方-face-centered cubic, fcc,立方密堆积面心立方：ABC ABC ABC 晶胞基矢相互垂直，形成正方体，每面中心有一格点 配位数=12，,化合物晶体结构-NaCl,面

4、心立方结构，复式 主族和主族构成的化合物都具有NaCl结构 配位数=？,化合物晶体结构-CsCl,与体心立方类似，但属于简单立方结构 沿立方体对角线位移一半套构而成 配位数=？,金刚石结构,面心立方结构，复式 两个C的面心立方结构沿体对角线平移1/4套构而成，晶胞中含有8个原子 配位数=？ 实例：半导体材料硅、锗等,化合物晶体结构-ZnS,与金刚石结构相仿，但在对角线位置和面心立方位置放上不同的元素；是由两套面心立方沿立方体对角线平移1/4套构而成。 复式面心立方结构 例如：GaAs、AgI等,本节基本要求,会画：sc/bcc/fcc/hcp这四种结构 记忆：金刚石/NaCl/CsCl/ZnS

5、 计算致密度,练习题,【1】已知氯化钠是立方晶体，其相对分子质量为58.46，在室温下的密度是2.167*103kgm-3,试计算氯化钠结构的点阵常数。,【1】已知氯化钠是立方晶体，其相对分子质量为58.46，在室温下的密度是2.167*103kgm-3,试计算氯化钠结构的点阵常数。 【解】固体密度=Zm/V，其中V是晶胞体积，Z是晶胞中的分子数，m为分子的质量。 每个分子的质量m为,于是得到,补充内容,晶体的基本特征-物性特征,固定的熔点：,晶体的基本特征-物性特征,固定的熔点： 解理性：当晶体受到外界定向的机械力作用时，常沿着某一个或几个具有确定方位的晶面劈裂开，这种性质称为晶体的解理性。

6、解理面一般为低指数面，其晶面间距较大，相互作用较小，容易解理。 各向异性：晶体的物理性质是各向异性的。例如：不同方向石墨的电导率不同；不同方向的解理性；易磁化轴等。压电常数、电导率、介电常数、弹性常数一般要用张量表示。 4. 最低内能性：在相同的热力学条件下、同一种物质的集中不同形态（气、液、非晶、晶态）中，以晶态物质的内能最小。内能=动能+势能。晶态-非晶态，放热；晶态-非晶态，吸热。,晶体的基本特征-结构特征,对称性：晶体的宏观性质是各向异性的，但在某几个特定方向上，晶体可以是异向同性的。晶体的宏观性质在不同方向上有规重复出现的现象，称为晶体的对称性。,晶体的基本特征-结构特征,对称性：晶

7、体的宏观性质是各向异性的，但在某几个特定方向上，晶体可以是异向同性的。晶体的宏观性质在不同方向上有规重复出现的现象，称为晶体的对称性。 平移周期性长程有序：由于晶体内部不同部位质点，其排列方式和周围情况完全一样，如果不考虑外界条件的影响，从宏观上看，晶体的物理性质不随晶体部位的改变而改变，这就是晶体所具有的均匀性，或者说长程有序。长程有序：决定了固定的熔点,萌芽时期： 1669年丹麦学者斯丹诺对石英和赤铁矿晶体的研究，提出了晶面角守恒定律； 1678年荷兰的惠更斯提出晶体是具有一定形状的物质质点作规则的叠迭而成的； 发展阶段： 1780年法国人阿诺德发明测角仪；其后罗美德利尔-测量了500多种

8、晶体， 确认了面角守恒定律的普遍意义； 1784年法国的阿羽依基于对方解石晶体沿着解理面裂开性质的观察，提出晶体 是由无数个具有多面体形状的原始“组成单位”在三维空间无间隙的平行堆砌而成。 1801年阿羽依发表整数定律，解释了晶体外形与其内部构造间的关系。 1805-1809年德国学者魏斯以实验方法确定了晶体中不同的旋转轴，提出 晶体分为六大晶系。 1867年俄国学者加多林用严谨的数学方法提出了晶体外形可能具有的 对称组合为32种，即有32种宏观对称性。-32种点群 1842年德国弗兰肯汉姆 提出晶体内部格子构造的理论，认为晶体的内部构造应以点位 单位在三维空间成周期性的重复排列。同时提出平行六面体概念，推出15中可能 的空间构型。,晶体学发展简史,1848年法国人布拉伐用数学方法推导出了晶体构造共有14种空间格子。 1889年俄国费多罗夫提出一种新的对称变换-反映滑移变换，运用数学方法推导出 晶体结构中一切可能的对称要素共有230种组合方式。-230中空间群 -奠定了晶体结构的