晶体缺陷2.1.ppt

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1、第二章晶体结构与缺陷2.1晶体的结构2.2晶体的缺陷点缺陷面缺陷2.1、晶体的结构一、AX型结构,二、AX2型结构,三、A2X3型结构,四、ABO3型结构,五、AB2O4型(尖晶石,spinelle)结构,六、无机化合物结构与鲍林规则(Pauling’srule)。一、AX型结构AX型结构主要有CsCl,NaCl,ZnS,NiAs等类型的结构,其键性主要是离子键,其中CsCl,NaCl是典型的离子晶体。大多数AX型化合物的结构类型符合正负离子半径比与配位数的定量关系。只有少数化合物在r+/r-0.

2、732或r+/r-0.414时仍属于NaCl型结构。如KF,LiF,LiBr,SrO,BaO等。AX型化合物的结构类型与r+/r-的关系NaCl晶胞图1.NaCl型结构立方晶系,立方面心格子,阴离子按最紧密方式堆积,阳离子填充全部的八面体空隙内。阴阳离子的配位数都为6,Z=4NaCl型结构在三维方向上键力分布比较均匀,因此其结构无明显解理(晶体沿某个晶面劈裂的现象称为解理),破碎后其颗粒呈现多面体形状。CsCl晶胞图2.CsCl型结构立方晶系,立方原始格子,配位数都为8闪锌矿结构(a)晶胞结构(c

3、)[ZnS4]分布及连接(b)(001)面上的投影3.立方ZnS(闪锌矿,zincblende)型结构立方晶系,立方面心格子S2-位于面心和顶点,Zn2+交错位于立方体内的1/8小立方体的中心。配位数都是4。Z=4。纤锌矿结构六方柱晶胞六方晶系,Z=2,S2-按六方密堆,Zn2+离子填充1/2的四面体空隙中。配位数都为4。4.六方ZnS(纤锌矿,wurtzite)型结构及热释电性二、AX2型结构AX2型结构:萤石(CaF2,fluorite)型金红石(TiO2,rutile)型方石英(SiO2,-

4、cristobalite)型结构层型的CdI2和CdCl2型结构AX2型结构类型与r+/r-的关系萤石型结构(a)晶胞结构图(b)[CaF8]立方体及其连接(c)[FCa4]四面体及其连接1.萤石(CaF2)型结构及反萤石型结构立方晶系,Ca2+按立方紧密堆积形式,形成面心立方,F-位于立方体内八个小立方体的中心,或全部填充在Ca2+离子形成的四面体中,Ca2+离子的配位数是8,F-离子配位数是4,F-离子形成立方体,有一半中心有Ca2+离子,因此,有空洞,F-离子可以在结构中扩散。另外,平行于{1

5、11}面网的方向上易发生解理,因此萤石常呈八面体解理。BaF2,PbF2,SnF2,CeO2,UO2等属此结构。Li2O,Na2O,K2O是反萤石型结构。金红石(TiO2)型结构(b)(001)面上的投影图(a)晶胞结构图2.金红石(TiO2)型结构四方晶系,Z=2,Ti4+离子占据顶点,配位数是6。O2-离子的配位数是3。GeO2,SnO2,PbO2,MnO2,等属此结构金红石结构中[TiO3]八面体的排列碘化镉型结构3.碘化镉(CdI2)型结构碘化镉属于三方晶系,层状结构,层内[CdI6]八面体

6、之间共面连接,层间结合很弱,因而晶体具有平行(0001)面的完全解理。三、A2X3型结构A2X3型化合物晶体结构比较复杂,其中有代表性的结构有刚玉(corundum)型结构,稀土A、B、C型结构等。由于这些结构中多数为离子键性强的化合物,因此,其结构的类型也有随离子半径比变化的趋势。A2X3型结构类型与r+/r-的关系B2O3CN=3CN=6刚玉Al、Cr、FeC型稀土氧化物B型稀土氧化物A型稀土氧化物MnScInLn-NdSm-La0.420.320.78OSSeTer+/r-刚玉(-Al2O3

7、)型结构刚玉(-Al2O3)型结构刚玉型结构的化合物还有-Fe2O3(赤铁矿,hematite),Cr2O3,V2O3等氧化物以及钛铁矿(ilmenite)型化合物FeTiO3,MgTiO3,PbTiO3,MnTiO3等。刚玉硬度非常大,为莫氏硬度9级,熔点高达2050℃。四、ABO3型结构在含有两种正离子的多元素化合物中,其结构基元的构成分为两类:其一是结构基元是单个原子或离子;其二是络阴离子。ABO3型结构中,如果A离子与氧离子尺寸相差较大,则形成钛铁矿型结构,如果A离子与氧离子尺寸大小相同

8、或相近,则形成钙钛矿型结构,其中A离子与氧离子一起构成FCC面心立方结构。钙钛矿型晶体结构(a)晶胞结构(b)反映Ca2+配位的晶胞结构(另一种晶胞取法)(c)[TiO6]八面体连接1.钙钛矿(perovskite,CaTiO3)型结构2.方解石CaCO3结构由NaCl结构演变的方解石示意图方解石结构尖晶石(MgAl2O4)的结构五、AB2O4型(尖晶石,spinelle)结构在尖晶石结构中,如果A离子占据四面体空隙,B离子占据八面体空隙,称为正尖晶石。反之,如果半数

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