晶体缺陷2.1.ppt

1、第二章晶体结构与缺陷,2.1 晶体的结构 2.2 晶体的缺陷 点缺陷 面缺陷,2.1、晶体的结构 一、AX型结构， 二、AX2型结构， 三、A2X3型结构， 四、 ABO3型结构， 五、 AB2O4型（尖晶石，spinelle）结构， 六、无机化合物结构与鲍林规则 （Paulings rule）。,一、AX型结构,AX型结构主要有CsCl，NaCl，ZnS，NiAs等类型的结构，其键性主要是离子键，其中CsCl，NaCl是典型的离子晶体。 大多数AX型化合物的结构类型符合正负离子半径比与配位数的定量关系。只有少数化合物在r+/r-0.732或r+/r-0.414时仍属于NaCl型结构。如KF，

2、LiF，LiBr，SrO，BaO等。,AX型化合物的结构类型与r+/r-的关系,NaCl晶胞图,1. NaCl型结构,立方晶系，立方面心格子，阴离子按最紧密方式堆积，阳离子填充全部的八面体空隙内。阴阳离子的配位数都为6，Z4,NaCl型结构在三维方向上键力分布比较均匀，因此其结构无明显解理（晶体沿某个晶面劈裂的现象称为解理），破碎后其颗粒呈现多面体形状。,CsCl晶胞图,2.CsCl型结构,立方晶系，立方原始格子， 配位数都为8,闪锌矿结构,（a）晶胞结构,（c）ZnS4分布及连接,（b）（001）面上的投影,3.立方ZnS（闪锌矿，zincblende）型结构,立方晶系，立方面心格子S2-位

3、于面心和顶点，Zn2+交错位于立方体内 的1/8小立方体的中心。配位数都是4。Z4。,纤锌矿结构六方柱晶胞,六方晶系，Z2，S2-按六方密堆, Zn2+离子填充1/2的四面体空隙中。 配位数都为4。,4.六方ZnS（纤锌矿，wurtzite ）型结构及热释电性,二、AX2型结构,AX2型结构： 萤石（CaF2，fluorite）型 金红石（TiO2，rutile）型 方石英（SiO2，-cristobalite）型结构 层型的CdI2和CdCl2型结构,AX2型结构类型与r+/r-的关系,萤石型结构,（a）晶胞结构图,（b）CaF8立方体及其连接,（c）FCa4四面体及其连接,1.萤石（CaF

4、2）型结构及反萤石型结构,立方晶系，Ca2+按立方紧密堆积形式，形成面心立 方，F位于立方体内八个小立方体的中心，或全部填 充在Ca2离子形成的四面体中，Ca2离子的配位数是8， F离子配位数是4，,F离子形成立方体，有一半中心有Ca2离子，因此，有空洞，F离子可以在结构中扩散。另外，平行于111面网的方向上易发生解理，因此萤石常呈八面体解理。 BaF2,PbF2,SnF2,CeO2,UO2等属此结构。Li2O, Na2O, K2O是反萤石型结构。,金红石（TiO2）型结构,（b）（001）面上的投影图,（a）晶胞结构图,2.金红石（TiO2）型结构,四方晶系，Z2，Ti4+ 离子占据顶点，配

5、位数 是6。O2离子的配位数 是3。,GeO2,SnO2,PbO2, MnO2,等属此结构,金红石结构中TiO3八 面体的排列,碘化镉型结构,3.碘化镉（CdI2）型结构,碘化镉属于三方晶系，层状结构， 层内CdI6八面体之间共面连接， 层间结合很弱，因而晶体具有平 行（0001）面的完全解理。,三、A2X3型结构,A2X3型化合物晶体结构比较复杂，其中有代表性的结构有刚玉（corundum）型结构，稀土A、B、C型结构等。由于这些结构中多数为离子键性强的化合物，因此，其结构的类型也有随离子半径比变化的趋势。,A2X3型结构类型与r+/r-的关系,B2O3,CN=3,CN=6,刚玉,Al、Cr

6、、Fe,C型稀土氧化物,B型稀土氧化物,A型稀土氧化物,Mn Sc In,Ln-Nd,Sm-La,0.42,0.32,0.78,O,S,Se,Te,r+/r-,刚玉（-Al2O3）型结构,刚玉（-Al2O3）型结构,刚玉型结构的化合物还有-Fe2O3（赤铁矿，hematite），Cr2O3，V2O3等氧化物以及钛铁矿（ilmenite）型化合物FeTiO3，MgTiO3，PbTiO3，MnTiO3等。 刚玉硬度非常大，为莫氏硬度9级，熔点高达2050。,四、ABO3型结构,在含有两种正离子的多元素化合物中，其结构基元的构成分为两类：其一是结构基元是单个原子或离子；其二是络阴离子。 ABO3型结构中，如果A离子与氧离子尺寸相差较大，则形成钛铁矿型结构，如果A离子与氧离子尺寸大小相同或相近，则形成钙钛矿型结构，其中A离子与氧离子一起构成FCC面心立方结构。,钙钛矿型晶体结构,（a）晶胞结构,（b）反映Ca2+配位的晶胞结构（另一种晶胞取法）,（c）TiO6八面体连接,1.钙钛矿（perovskite，CaTiO3）型结构,2.方解石CaCO3结构,由NaCl结构演变的方解石示意图,方解石结构,尖晶石（MgAl2O4）的结构,五、AB2O4型（尖晶石，spinelle）结构,在尖晶石结构中，如果A离子占据四面体空隙， B离子占据八面体空隙，称为正尖晶