(精品)1-1晶体结构

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,=a,3,；,配位数,=6,；致密度,实例：固体硫,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,-,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,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*10,3,kg,m,-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*10,3,kg,m,-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。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,-,奠定了晶体结构的理论基础,近代：,1912,年德国劳埃进行了,X,射线通过晶体发生衍射的实验，从实验上证实了晶体格子,构造的真实性。,1913,年,W.H.Bragg,导出了,X,射线晶体结构分析的基本公式。,晶体衍射的三种辐射源：,X,射线,-,常用,电子束,-,薄膜结构,中子束,-,磁性晶体，轻的原子等,