典型晶体构.ppt

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典型晶体构

2.3 典型晶体结构 2.3.1 金属常有的典型晶体结构 以金属键结合,即失去外层电子的金属离子与自由电子相吸引。无方向性,为对称性较高的密堆结构。 常见结构: 结构特点: 面心立方 fcc Face-centered cubic 面心立方点阵 体心立方点阵 密排六方点阵 密堆六方 hcp Hexagonal close-packed 体心立方 bcc Body-centered cubic (1) 晶胞中的原子数: N=Ni+Nf/2+Nc/8 Ni:晶胞内部的原子数 Nf:晶胞面上的原子数 Nc:角顶上的原子数 具有面心立方晶格的金属有?-Fe、β-Co、Ni、Cu、Ag、Au、Pb等。 结构特点的表征参数(以fcc为例): (单位晶胞内所包含的原子数目) (2)原子半径与点阵参数 如果把金属原子视为半径为 r 的钢球,可以计算出 r 和晶胞点阵参数之间的关系。 首先必须确定晶胞内原子相切的方向,即密排方向。 由此可算出a与r的关系。 面心立方结构中原子相距最近的方向是面对角线。 (3)配位数和致密度: 此两参数用以定量表示晶体中原子排列的紧密程度。 晶体结构中,与任一原子最近邻并且等距的原子数。 fcc中,配位数=12 致密度=0.74 致密度= 晶胞中原子体积 晶胞体积 fcc 配位数越高,致密度越大,原子排列的 紧密程度越高。 配位数: 说明: 思考:体心立方结构中 原子数? 配位数? 致密度? 原子半径与点阵常数的关系? (4)间隙: 由致密度的计算可知,晶体中存在间隙。 八面体间隙 四面体间隙 无论哪种类型的结构,间隙类型只有两种: 对材料的性能、扩散、相变等有重要影响。 间隙类型: 间隙作用: 间隙中所能容纳的最大圆球半径。 4个 8个 间隙半径: 2.3.2 离子晶体的结构 离子晶体通常可以看成是由负离子堆积成骨架,形成负离子配位多面体; 所考察离子最近邻接的异号离子的数目。 结构特点: 配位数: 正离子按其 自身的大小居留于相应的空隙中。 正负离子的配位数与正负离子的半径比有关。 正离子的配位数与r+/r-的关系: r+/r- 配位数 r+/r- 配位数 0-0.155 2 0.414-0.732 6 0.155-0.225 3 0.732-1.0 8 0.225-0.414 4 1.0 12 如:3配位的计算 晶型 NaCl CsCl 立方ZnS 六方ZnS 萤石CaF2 金红石TiO2 配位数 6 8 4 4 8、4 6、3 对于二元离子晶体,按不等径钢球的密堆积理论,可归纳为6种基本结构类型: 举例: NaCl型 负离子Cl-构成面心立方点阵,正离子Na+占据全部八面体间隙,正负离子的配位数均为6。 MgO、FeO、CaO、 NiO。 典型材料: CaF2型 正离子Ca +构成面心立方点阵,位于立方晶胞的角顶和面的中心, 典型材料:UO2、CeO2、BaF2、Mg2Si等。 而负离子F- 全部填充于 该晶胞的8个四面体间隙中。 正、负离子的配位数分别为 8、4。 2.3.3 共价晶体的结构 由于共价键具有饱和性和方向性,共价型晶体中原子的配位数要比离子型晶体和金属型晶体的配位数小。 典型的共价晶体类型: 金刚石(单质型) ZnS(AB型) SiO2( AB2型) 结构特点: 金刚石 其它该结构材料: Si、Ge、 α-Sn(灰锡) C原子 在晶胞内除按面心立方结构排列之外,在四个四面体间隙位置处还各有一个C原子 。这两个原子沿体对角线方向相距1/4体对角线长。 每个晶胞的原子数是8。 在金刚石的晶体结构中,和 两类C原子的几何环境不同,不属于同种等同点。 SiO2结构 (硅石) 其基本结构单元是[SiO4]4-四面体 (4个)。 其中Si排成金刚石结构,O则位于沿111方向的一对Si原子之间。 位于间隙处的4个Si原子 Si的配位数是4, 通过桥接O原子彼 此相连, 形成骨架 O的配位数是2。 [SiO4]4-四面体中心: [SiO4]4-四面体的连接: 配位数: 硅酸盐 硅酸盐的基本结构单元就是[SiO4]4-四面体,每个O原子还能和其它金属离子键合。 [SiO4]4- [Si2O7]6- [Si3O9]6- 硅酸盐是

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