《电子材料物理》PPT课件

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1、1.3典型晶体结构几个概念共价化合物晶体结构离子化合物晶体结构1几个基本概念（1）密堆积与配位数（2）电负性与原子半径(3)晶体中的固溶2（1）密堆积（atomicpackingfactor）与配位数（Coordinationnumber）晶体中原子排列的紧密程度是反映晶体结构特征的一个重要因素。定量地表示原子排列的紧密程度，通常应用配位数和密堆度这两个参数。配位数：指晶体结构中与任一原子最近邻且等距离的原子数,表征晶体中原子排列的紧密程度。（离子的配位数越高，离子半径越大。）密堆度(APF)：是晶胞中原子所占的体积分数APF＝nv/V式中n为晶胞中的原子数，v单个原子的体积

2、，V晶胞的体积。3晶体由大量晶胞堆砌而成，处于晶胞顶角或周面上的原子就不会为一个晶胞所独有，只有晶胞内的原子才为晶胞所独有若用n表示品胞占有的原子数，则下列晶胞原子数为：体心立方:面心立方:密排六方:晶胞中原子数4目前尚不能从理论上精确计算出原子半径，实验表明原子半径大小随外界条件、结合键、配位数等因素变化，并随价电子数的增加先减小后增加。在研究晶体结构时，假设相同的原子是等径刚球，最密排方向上原于彼此相切，两球心距离之半便是原子半径。对于面心立方结构，可计算出原子半径为：r=21/2×a/4原子半径5例：APFofBCC体心立方(body-centeredcubic)的体心

3、原子与8个原子最近邻，配位数为8。密堆度：APF=nv/V原子半径R与晶胞边长a的关系：6面心立方(FCC,face-centercubic)配位数为12,密堆度为：APF=4×(4/3)(21/2a/4)3/a3＝0.74密排六方(HCP,hexagonalclose-packed)(c/a=1.633)配位数也是12，APF也是0.74。分析表明：面心立方与密排六方的配位数与致密度均高于体心立方，故称为最紧密排列。7（2）电负性与原子半径从中性原子中取出一个最外层电子，使之成为一价正离子时所做的功，称为第一电离能；使中性原子获得一个电子成为一价负离子时所放出的能量称为化

4、学亲和能。电离能与亲和能之和则称为该元素的电负性。P17表1-2两元素的电负性相差越大易产生电子转移易形成离子化合物两元素的电负性相差很小产生电子对共用易形成共价化合物8目前尚不能从理论上精确计算出原子半径，实验表明原子半径大小随外界条件、结合键、配位数等因素变化，并随价电子数的增加先减小后增加。最简单情况是，假设相同的原子是等径刚性球，最密排方向上原子彼此相切，两球心距离之半便是原子半径。目前文献报道主要采用两种原子半径系统：★哥希米德-鲍林半径（表1-5）★善南-泼莱威脱半径（表1-6）在同一篇论文中，只能采用一个系统哥希米德半径和善南-泼莱威脱半径9善南-泼莱威脱半径h

5、ttp://abulafia.mt.ic.ac.uk/shannon/ptable.php10理论密度ρ=nA/(VcNA)n—晶胞内原子数目A—原子重量Vc—晶胞体积NA—阿弗加德罗（Avogadro）常数11例：Cu原子半径0.128nm,结构：FCC原子重量：63.5g/moln=4,Vc=16R3×1.414,理论密度：8.89g/cm312（3）晶体中的固溶现象定义：凡溶质原子完全溶于固态溶剂中，并能保持溶剂元素的晶格类型所形成的物质相称为固溶体。固溶体的成分可在一定范围内连续变化，随异类原子的溶入，将引起溶剂晶格常数的改变及晶格畸变，致使材料性能发生变化。1、稳定

6、晶格，阻止某些晶型转变的发生（PZT，Y-ZrO2）2、活化或强化晶格3、固溶后电学、介电、光学性能的变化（半导化、PLZT）4、固溶后材料强度、硬度、膨胀系数等物理性质的变化等13固溶体的分类1、根据外来组元在主晶相中所处位置，可分为置换固溶体和间隙固溶体。2、按外来组元在主晶相中的固溶度，可分为连续型(无限型)固溶体和有限型固溶体。14原子或离子尺寸的影响-Hume-Rothery经验规则以r1和r2分别代表半径大和半径小的溶剂(主晶相)或溶质(杂质)原子(或离子)的半径，当时，溶质与溶剂之间可以形成连续固溶体。当时，溶质与溶剂之间只能形成有限型固溶体，当时，溶质与溶剂之

7、间很难形成固溶体或不能形成固溶体，而容易形成中间相或化合物。因此Δr愈大，则溶解度愈小。152、晶体结构类型的影响若溶质与溶剂晶体结构类型相同，能形成连续固溶体，这也是形成连续固溶体的必要条件，而不是充分必要条件。NiO-MgO都具有面心立方结构，且Δr<15%，可形成连续固溶体；MgO-CaO两两结构不同，只能形成有限型固溶体或不形成固溶体。163、离子类型和键性化学键性质相近，即取代前后离子周围离子间键性相近，容易形成固溶体。4、电价因素形成固溶体时，离子间可以等价置换也可以不等价置换。在硅酸盐晶体