[理学]晶体结构3.ppt

* 一. 晶体结构的表达方法 二. 晶向、晶面和它们的标志 三. 晶面间距 四. 典型晶体结构 五. 多晶型现象和结构相变 1.3 几种常见的晶体结构 晶体结构的表达方法 指出晶体所属的点阵、晶系、点群和空间群类 型是在不同层次上对晶体结构做描述。 以NaCl为例说明。 面心立方点阵说明了它属于立方晶系，可以用 a=b=c, α=β=γ=90°面心立方晶胞表示其 原子周期排列特点。 点群为Oh ，说明了它的外形具有的宏观对称性。 空间群为Oh5-Fm3m ,指出了它的原子排列规律。 至此我们才可以说对NaCl晶体的几何结构特点 有了比较充分的认识。 对晶体结构几何特征的了解归结为绘出它的结晶学晶胞（包括基元中原子的种类、数量、相对取向及位置的点阵惯用原胞），定出全部原子的位置，并确定出它的晶胞参量： a,b,c 和α,β,γ 通过X－光衍射等实验方法即可以做到这些。 对 NaCl 晶体结构的测定，使我们得到了右面的反映其完整结构的晶胞图（测定原理见1.5节） Cl-1 Na+1 a=5.628? z y x NaCl结构中的原子排列 NaCl晶体为八面体群的说明：Oh, 它的每个原子都处在不同原子组成的8面体体心位置。考虑它的晶场时就要注意到这个特点。 点群对称操作： 体对角线是3重轴；3 条棱边是4重轴；棱对角线是2重轴，体心是反演中心。 原子位置的表示：绘制晶胞时需要明确指出基元中各原子的位置。基元中第 j 个原子的中心位置相对于作为坐标原点的格点位置可以表示为： 如果以晶胞各边长度做单位， NaCl中，Cl原子位置为： Na原子位置为： CsCl晶体为简立方晶胞， Cs原子在 000， Cl原子在 。 x y z 简单晶格和复式晶格： 许多元素晶体，其最小重复单元就是一个原子，知道了它的点阵类型，把阵点换成原子，就是它的晶胞，我们常称它具有简单晶格。例如：具有体心立方结构的碱金属Li、Na、K，和具有面心立方结构的Cu，Ag，Au晶体都是简单晶格。简单晶格晶体中所有原子是完全等价的，它们不仅化学性质相同而且在晶格中处于完全相同的位置，有完全相同的环境，比如近邻、次近邻原子数目、原子种类等。 但有些元素晶体和所有化合物晶体，其最小重复单位（基元）至少包含 2个或 2 个以上的原子，它们的每一个原子虽然都构成同样的点阵类型（即同样的周期排列方式），但绘成晶胞时，要绘出基元原子之间位置上的相互关系，所以是同样的点阵类型的叠加，我们称这些晶体具有复式晶格。 例如：CsCl晶体是两个原子各自构成简立方点阵后，沿晶胞对角线方向移动二分之一距离的叠加。 NaCl晶体是两个原子各自形成一个面心立方点阵后，沿立方边方向移动二分之一晶胞边长距离的叠加。 上述复式晶格中，每种原子自身是等价的，有完全相同的环境，但两类原子是不等价的，它们的几何环境是完全不同的。 CsCl晶体中，Cs离子的最近邻是 8个Cl离子，而Cl离子的最近邻则是 8个Cs离子，NaCl晶体中，Na离子的最近邻是 6个Cl离子，Cl离子的最近邻则是 6个Na离子。 元素晶体也不都是简单晶格，例如密堆六方（hcp）晶体Be，Mg，Zn，Gd等，它的基元包含 2个原子，虽是同种原子，但它们的几何环境是不等价的，从一个A层原子看上下两层原子的三角形，和从一个B层原子看上下两层原子的三角形是不同的。它是复式晶格，它的基元有2个原子。 A层 A层 B层 B3 A4 B1 A1 其他符号 空间群 Td Oh Oh Oh 点群类型 fcc fcc fcc fcc 点阵类型 闪锌矿 立方ZnS 金刚石型 Si,Ge, NaCl,MgO Cu,Al, Au,Ag 晶体 几种立方晶系晶体结构的表示 二. 晶向、晶面和它们的标志： 晶体的一个基本特点是各向异性，沿晶格的不同方向晶体的性质不同，因此有必要识别和标志晶格中的不同方向。 点阵的格点可以分列在一系列平行的直线系上，这些直线系称作晶列。同一点阵可以形成不同的晶列，每一个晶列定义一个方向，称作晶向。如果从一个阵点到最近一个阵点的位移矢量为：(以基矢为单位） 则晶向就用 来标志。 按照上述方法确定的简立方晶格的