无机材料物理化学晶体结构.ppt

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1、（无机）材料物理化学四川省省级精品课程材料科学与工程学院杨为中第二章晶体结构性质是结构的反应结构的调整可实现性能的改变新材料制备的基础晶体结构！杨为中材料物理化学32021/7/27原子晶体、分子晶体和金属晶体结构典型无机化合物晶体结构NaCl型、闪锌矿型、萤石型钙钛矿型、纤锌矿型、金红石型金刚石和石墨、CsCl型硅酸盐晶体结构内容介绍杨为中材料物理化学42021/7/271.原子晶体结构代表：惰性气体结构特点：以单原子分子形式存在，满电子层结构，不形成化学键，且具有球形对称结构；惰气通过范德华力凝聚成晶体，原子配置近似“

2、钢球”密堆积：FCCorHCP杨为中材料物理化学52021/7/272.分子晶体结构代表：白磷结构特点：构成晶体的结构单元为分子分子内原子靠共价键结合，分子之间靠范德华力结合结构决定性质：范德华很弱，分子晶体在较低温度下即能熔融或升华，分解为分子单位；分子内共价键为强键，分子自身离解需很高温度杨为中材料物理化学62021/7/273.金属晶体结构金属原子看作刚性球体，作密堆积堆积方式：面心立方，体心立方和六方紧密堆积杨为中材料物理化学72021/7/27AuorCu杨为中材料物理化学82021/7/274.典型无机化合物晶

3、体结构按化学式分类：AX，AX2，A2X3，ABO3，AB2O4型结构描述方式：1.晶胞尺寸、形状、晶胞分子数2.原子（离子）密堆积方式及原子（离子）空隙填充类型和位置3.配位数和配位多面体一.面心立方堆积系列代表：NaCl型、闪锌矿ZnS型、萤石CaF2、钙钛矿型、尖晶石型等杨为中材料物理化学102021/7/271）.NaCl型面心立方格子阴离子面心立方堆积FCC顶角、面心四面体空隙V4；八面体空隙V8阳离子填充空隙填充率P？R+/R-0.225~0.414V4;0.414~0.732V8杨为中材料物理化学112021

4、/7/27NaCl型晶体结构ABBBCCCCCCNaCl晶体结构的描述1.晶胞：立方a＝0.563nm，r＋/r－＝0.639；Z=4a=2(r++r－)2.堆积，填充Cl－FCC，Na＋填充全部V83.配位关系CN+=6，八面体配位Eg.：MgO，CaO，FeO晶体结构计算中晶胞常数和理论密度的关系a0（微观结构）——D0（宏观性质）n-每个晶胞中化合物分子数M-化合物分子量N-阿伏伽德罗常数杨为中材料物理化学142021/7/272）.闪锌矿ZnS结构（立方－ZnS）ZnS两种变体：立方结构、六方结构一般共价键强的化合

5、物倾向形成立方ZnS结构（ZnSe、BeS）；氧化物倾向形成六方ZnS结构（ZnO、BeO）杨为中材料物理化学152021/7/27立方ZnS(AX)立方晶系（β-ZnS）闪锌矿1.晶胞a＝0.540nm，Z＝4杨为中材料物理化学162021/7/272.堆积、填充：S2－FCC，Zn2＋填充1/2V4之中，4个Zn2＋分别交叉地分布于4条体对角线的1/4和3/4处3.配位按离子晶体规律：r＋/r－＝0.436，CN应=6，但实际CN＝4四面体配位原因：S2－半径大，易变形，极化使Zn-S键具有相当程度共价键成分杨为中材料

6、物理化学192021/7/273).萤石结构CaF2(AX2型)1.晶胞立方：a＝0.545nm；Z=42.堆积、填充Ca2＋按面心立方密堆积F－填充全部四面体空隙P=1未填未填Ca2＋按面心立方密堆积，F－填充全部四面体空隙P=1；F-构成立方体晶胞，共棱连接一半立方体空隙未填充结构较为开放：Ca2＋尺寸与F-相近，故Ca2＋被撑开，空隙较大，且Ca2＋数目比F-少一半，Ca2＋与空隙交错排列，故晶胞中心孔隙很大Ca离子填充一半F离子堆积体Frankel缺陷形成能低间隙扩散机制3.配位r＋/r－＝0.975CN（Ca2＋

7、）＝8，立方体配位（Ca离子位于F离子立方体中心）CN（F-）=4NaClCN（Na）=CN（Cl）=6CaF2CN（Ca2＋）＝8CN（F-）=4对于FCC堆积结构，AmXn配位数有何普遍关系？mCN(A)=nCN(X)杨为中材料物理化学252021/7/27萤石结构代表物质：ZrO2，CeO2等键力强，熔点均较高反萤石结构：阳离子、阴离子位置与萤石型结构完全相反如：Li2O，Na2O等杨为中材料物理化学262021/7/27反萤石结构键力较弱，结构松弛，熔点较低结构和性质的关系：萤石（反萤石）结构：晶胞中均有较大空隙未

8、填满，{111}面网上存在毗邻同号离子层静电斥力→八面体解理空隙有利于离子迁移CeO2等材料可作为高温燃料电池中构成离子导电通路的新型固体电介质材料杨为中材料物理化学272021/7/274）.钙钛矿结构(ABO3型)正交晶系和立方晶系两种变体（600℃）高温立方钙钛矿1.晶胞：立方晶系a=0.385n