无机材料科学基础第二章课件

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1、第二章晶体结构与晶体中的缺陷1一、金刚石结构金刚石晶体结构为立方晶系Fd3m，立方面心格子，碳原子位于所有立方面心的结点和1/2的8个小立方体中心，a0=0.356nm每个碳周围都有4个碳，碳原子之间形成共价键。(001)面投影图§2-1典型结构类型晶胞图性质：硬度最高，导热性极好，半导体性能。应用：高硬度切割材料、磨料、钻头；集成电路中的散热片；高温半导体材料。类似材料:Si、Ge、灰Sn和立方BN。2晶体结构中可能出现的微观对称要素类型名称国际符号平移轴平移格子P、C、I、F轴对称要素对称轴倒转轴螺旋轴1（=平移格子）、2、3、4、6(=对称中心)、(=m)、=(3+

2、)、、(=3+m)21、31、32、41、42、43、61、62、63、64、65面对称要素对称面像移面ma、b、c、n、d3结构：立方晶系AB型，P63/mmc，a0=0.146nm，c0=0.670nm，每个碳周围都有3个碳，碳原子成层排列。层内的碳原子之间为共价键，层间为分子键。性质：硬度低，有滑腻感，熔点高，导电性好应用：润滑剂；发热体和电极；类似材料：六方BN二、石墨结构金刚石和石墨的化学组成都是碳（C），但结构不同，性质差异很大。同质多晶：化学组成相同的物质，在不同的热力学条件下结晶成结构不同的晶体的现象。C原子的四个外层电子，在层内形成三个共价键，多余的一个

3、电子可以在层内部移动，类似于金属中的自由电子描述晶体结构的常用方法：①用坐标系的方法，即给出单位晶胞中各个质点的空间坐标。这种方法描述晶体结构是最规范的。②用球体紧密堆积的方法，这对于金属晶体和一些离子晶体很有用。这种描述方法很直观。③用配位多面体及其连接方式描述晶体结构，适用于结构比较复杂的晶体。这种描述方法，有利于认识和理解晶体结构。如石榴石Ca3Al2Si3O12）④晶面投影图。换PPT三、典型化合物结构5结晶化学中按化学式分类：AX型、AX2型、A2X3型、ABO3型和AB2O4型。1、AX型晶体结构①CsCl型晶体结构结构：立方晶系，Pm3m立方原始格子α0=0

4、.411nm质点的空间坐标Cl-:(000),Cs+:（½½½)或Cs+:(000),Cl-:（½½½)Cl-Cs+6计算离子配位数：r+/r-=0.174/0.181=0.96（在0.732～1之间）Cs+的配位数为8；S=1/8Z-=1=1/8×nCl-的配位数n=8。一个CsCl晶胞中的分子数：Cl-数目=1/8×8=1Cs+数目=1晶胞中的“分子”数：Z=1。CsCl型结构的化合物：CsBr、TlCl、NH4Cl等。7r+/r-配位数配位多面体0～0.1552直线0.155～0.2253三角形0.225～0.4144四面体0.414～0.7326八面体0.732～

5、18立方体112立方八面体8②NaCl型结构结构：立方晶系，Fm3m，立方面心格子，a0=0.563nm质点的空间坐标：配位数：r+/r-=0.102/0.181=0.56（0.414～0.732）Cl-Na+Na+:CN（coordinationnumber)=6，Cl-:CN=6,构成[NaCl6]八面体；[NaCl₆]以共棱的方式相连。Cl-作立方密堆积，Na+填充在八面体空隙中一个NaCl晶胞中的分子数：Cl-、Na+数目=1/8×8+1/2×6=4晶胞中的“分子”数：Z=4。NaCl型结构的化合物：NaI、MgO、CaO、SrO、BaO、CoO、MnO、FeO、

6、NiO等。9[NaCl6]八面体以共棱的方式相连10③立方ZnS（闪锌矿）型结构晶体结构：立方晶系，立方面心格子，α0=0.540nm配位数：r+/r-=0.09/0.184=0.49，理论上Zn2+的CN=6，实际上,极化导致配位数下降为4，形成[ZnS4]四面体。S2-的CN=4。S2-Zn2+质点的空间坐标：S2-:(000),(½½0),(½0½),(0½½)Zn2+:(¾¼¼),(¼¾¼),(¼¼¾),(¾¾¾)S2-作立方密堆积，Zn2+填充了半数的四面体空隙。晶胞中的“分子”数：Z=4。11(001)面投影图7525257550505050000012属于闪

7、锌矿结构的晶体：β-SiC、GaAs、AlP等。[ZnS4]四面体以同向“一坐三”的方式在空间中堆积。13u=0.875Zn2+S2-④六方ZnS（纤锌矿）型结构晶体结构：α-ZnS(纤锌矿)属于六方晶系，用底面为菱形的平行六面体表示，a0=0.382nm，c0=0.625nm。Zn2+的CN=4，形成[ZnS4]四面体。S2-的CN=4。质点的空间坐标：2/31/3（u-1/2）00u2/31/31/214[ZnS4]四面体以反向“一坐三”的方式在空间中堆积15结构中S2-作六方密堆积，Zn2+填入1/2的四面体空隙中。在一