固体物理学ch2-s1.ppt

1.晶体的四种基本类型 按照晶格上质点的种类和质点间作用力的实质(化学键的键型）不同，晶体可分为四种基本类型。 离子晶体：晶格上的结点是正、负离子。 原子晶体: 晶格上的结点是原子。 分子晶体：晶格结点是极性分子或非极性分子。 金属晶体：晶格上结点是金属的原子或正离子。 例题：马德隆常数的计算 p579习题1 利用级数展开式： (2) 二维情况的马德隆常数计算 (3) 三维情况的马德隆常数计算(NaCl为例) 例如： 平衡状态下： (2)平衡时晶体的体积为V0 由 可得V0 (1)晶格常数——晶体中粒子之间的最小距离 令 对于NaCl 晶体相邻正负离子之间的距离为相邻正粒子之间距离的二分之一： 平衡时NaCl 晶体体积： NaCl晶体为面心立方晶格，原胞体积为： 7.体积弹性模量 压力和内能的关系为： 因此： 由热力学知： 即： （2-10） （2-11） 平衡状态下： （2-11） 将内能 （2-5） 代入（2-11）式子， 弹性模量可以写为： 依据实验测得的晶格常数和体变模量，从上式可以确定排斥力中的参数n。 利用 K可以改写为 （2-14） 根据不同晶体得到的n, 可以计算结合能： 连接2-14推导 7. 原子间相互作用力与原子间距离的关系 原子间相互作用力F与原子间距离r的关系如图所示。 F(r) 0 Fm r rm r0 注意：晶体中原子的相互作用力F(r)随原子间距r的变化以及U(r)与r的关系图线的不同点。 U(r) r0 0 -W r F(r) 0 Fm r rm 在U(r)的极小位置r=r0,F=0 Fm为最大有效引力。 已知晶体内能U随原子间距r变化，可表示为： 式中：第一项表示吸引能；第二项表示排斥能。 A、B、m、n表示正的参量。 最大抗张强度 在r=rm处，原子间相互作用力的总合力F也存在一个极值。 由： 可得： Thanks for your attention! College of Physics and Information Engineering? Henan Normal University 本章主要内容： 1. 晶体结合的类型 2. 晶体结合的物理本质 第二章 晶体的结合coalescent of crystal 2.晶体的四种结合方式： 离子结合(ionic bond;electrostatic bonding; heteropolar bond ) 共价结合(covalent bond；covalent union ） 金属结合(metallic bond） 范德瓦耳斯结合(van der Waals bond） 各种不同的晶体，其结合力的类型和大小是不同的。但是在任何晶体中，两个粒子的相互作用力和相互作用能与它们间的距离的关系在定性上是相同的。 3. 结合力（bonding force ） （1）吸引力：正、负离子间的库仑力；原子或分子的电偶极矩之间的互作用力； （2）排斥力：带正电荷的原子核之间的排斥力；由泡利不相容原理而产生的排斥力等。 前者在远距离是主要的，后者在近距是主要的。 晶体中粒子间的相互作用分为两大类：吸引作用和排斥作用。 §2- 1 离子性结合 典型的离子晶体： I 族碱金属元素—— Li(锂)、Na (钠) 、K(钾) 、Rb (铷) 、Cs (铯)和VII 的卤族元素—— F (氟) 、Cl (氯) 、Br (溴) 、I (碘)之间形成的化合物。 化合物离子晶体：NaCl， CsCl 离子晶体半导体材料：如CdS、ZnS 化合物：NaCl， CsCl是典型的离子晶体，晶体结构如图所示。一种离子的最近邻离子为异性离子，离子晶体的配位数最多只能是8（例如CsCl 晶体）。氯化钠配位数是6。 1. 离子晶体的模型：正、负离子—— 刚球 2. 离子结合的特征(character of ionic bond ) 以 NaCl 为例 ，在凝聚成固体时，Na 原子失去价电子，Cl 获得了电子， 第一步 电子转移形成离子： Na － e —— Na+ ， Cl + e —— Cl － （1）离子键的形成 第二步 靠静电吸引， 形成离子键 。 在离子晶体中正离子和负离子的组态与惰性气体原子的组态相同，它们的外层电子形成闭合的壳层。电子云的分布是球对称的