材料化学-晶体结构.ppt

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1、1Chapter2Structureandpropertyofmaterials第二章晶体结构主讲人：吴称意22.2Crystal&non-crystal非晶体1.晶体与非晶体的结构和特点晶体原子或原子团、离子或分子在空间按一定规律呈周期性地排列构成的固体原子、分子或离子无规则地堆积在一起所形成的固体32.5Noncrystalmaterials石英玻璃石英晶体42.3.3Structure&physicalperformanceofcrystalmaterials晶体的特征1）均匀性2）各向异性3）自发地形成多面体外形4）晶体具有明显

2、确定的熔点周期性5）晶体的对称性6）晶体对X射线的衍射各向异性:晶体的导热、导电、光的透射、折射、偏振、压电性、硬度等性质常因晶体取向不同而异.石墨在与层平行的方向上具有导电性，而在与层垂直的方向上就不具有导电性。若在水晶的柱面上涂一层蜡，用红热的针接触蜡面中央，蜡熔化呈椭圆形而不呈圆形，这是由于水晶柱面长轴方向与短轴方向传热速度不同。从不同方向观察红宝石或蓝宝石，会发现宝石的颜色不同，这是由于方向不同，晶体对光的吸收性质不同。6Crystalsymmetry石英晶体的形状与对称元素平移对称性示意图非晶体的宏观特征:1）只有玻璃转

3、化温度，无熔点。2）没有规则的多面体几何外型，可以制成玻璃体，丝，薄膜等特殊形态。3）物理性质各向同性。4）均匀性来源于原子无序分布的统计性规律，无晶界.准晶体是1984年科学家发现的一种新的物质聚集形态。一种介于晶体和非晶体之间的固体。准晶体具有完全有序的结构，然而又不具有晶体所应有的平移对称性，因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。例如五次对称轴等。准晶体的发现一方面极大地深化了我们对晶体学、衍射物理和凝聚态物理地的认识。另一方面，准晶体的各种独特性质使准晶体具有潜在的应用价值。2、晶胞(unitcell)晶体中最小的结构重复单元，

4、形状为平行六面体，其三边长度a,b,c不一定相等，也不一定垂直。整个晶体是由晶胞并置堆砌而成。划分晶胞要遵循2个原则：1)是尽可能反映晶体内结构的对称性；2)是尽可能小。晶体结构中具有代表性的最小重复单位，称为晶胞。14Unitcella、b、c:确定晶胞大小、、:确定晶胞形状晶胞参数晶胞UnitCell晶胞中各原子(分子离子)的坐标3、晶胞的分类—晶系晶系晶轴轴间夹角实例立方a=b=cα=β=γ=900Cu,NaCl四方a=b≠cα=β=γ=900Sn,SiO2正交a=≠b≠cα=β=γ=900I2,BaCO3三方a=b=cα=

5、β=γ≠900As,Al2O3a=b≠cα=β=900，γ=1200单斜a≠b≠cα=γ=900，β≠900KClO3三斜a≠b≠cα≠β≠γ≠900K2CrO7六方a=b≠cα=β=900，γ=1200Mg,CuS晶胞中质点个数的计算：晶体密度的计算：3、已知一个金属铜的晶胞切割，该晶胞的边长为3.6210-10m，每一个铜原子的质量为1.05510-25kg，试回答下列问题：（1）一个晶胞中“实际”拥有的铜原子数是多少？（2）该晶胞的体积是多大？（3）利用以上结果计算金属铜的密度。晶体空间利用率的计算：4、晶体的缺陷：晶体的缺陷

6、影响晶体的性质，可使晶体的某些优良性能降低，但是从缺陷可以改变晶体的性质角度看，在晶体中造成种种缺陷，就可以使晶体的性质有着各种各样的变化，晶体的许多重要性能由缺陷产生。改变晶体缺陷的形式和数量，就可制得所需性能的晶体。21钙钛矿型非整比化合物YBa2Cu3O7-x（x>0.1)，它是由于氧原子不足而产生空位缺陷，正是这种缺陷，使固体具有超导性能。22ExampleYBa2Cu3O7-x的缺陷型钙钛矿结构5、金属晶体的结构等径圆球堆积模型:（1）简单立方堆积形成简单立方晶胞，空间利用率较低52％，金属钋（Po）采取这种堆积方式。2）体心

7、立方堆积(bcc，A2)碱金属、α-Fe、难熔金属（V，Nb，Ta，Cr，Mo，W）等25a：晶胞单位长度R：原子半径单位晶胞原子数n=2bcc3）面心立方堆积(fcc，A1)Al，Ni，Pb，Pd，Pt，贵金属以及奥氏体不锈钢等28fccn=44）六方堆积(hcp，A3)α-Ti，α-Co，α-Zr，Zn，Mg等平行六面体的底是个平行四边形，各边为a=2R,平行四边形的面积平行六面体的高31hcpn=65)金刚石型堆积(A4)6、离子晶体（1）CsCl型:(CsCl,CsBr,CsI,NH4Cl)（2）NaCl型:（3）立方ZnS4）

8、CaF2型一个离子周围异电性离子的个数受离子半径比等因素制约，离子半径越大，周围可容纳的异电性离子就越多。在理论上，只有当正负离子半径比处在一定范围内，才能在离子晶体中呈现某种稳定的配位多面体。正负离子半径