材料科学基础第三章典型晶体结构ppt课件.ppt

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1、材料科学基础第三章金属与无机材料的结构目的：学习无机材料中一些典型的晶体结构和硅酸盐晶体结构，同时探讨晶体的化学组成、晶体的结构以及它们与性能的关系。不同的晶体物质具有不同的密度、硬度、颜色、光泽等等性质，除了与物质的化学成分有关外，另一个重要因素就是具有不同的晶体结构，即晶体结构中质点的排列方式（位置，相互间的间距等）不同。3.3.2典型晶体的结构1）坐标法：给出单位晶胞中各质点的空间坐标，这种采用数值化方式描述晶体结构是最规范化的。为了方便表示晶胞，还可以采用投影图，即所有的质点在某个晶面（001）上的投影。2）球体

2、紧密堆积法：与坐标法相比，以球体堆积的方法来描述晶体结构，则相对直观，有助于理解。3）配位多面体及连接方式法：适用于结构比较复杂的晶体，如硅酸盐晶体结构，对于结构简单的晶体，反而不一定适合。晶体结构的描述通常有三种方法：C60分子图1、单质碳的晶体结构1）富勒烯富勒烯是碳的一类空间有限的笼状结构的总称，也称为球碳。如C60、C70、C84…..C240等。C60分子是以什么样的结构而能稳定呢？Kroto等认为C60是由60个碳原子组成的球形32面体，即由12个五边形和20个六边形组成，只有这样C60分子才不存在悬键。据报

3、道，对C60分子进行掺杂，使C60分子在其笼内或笼外俘获其它原子或基团，形成类C60的衍生物，例如C60F60。再如，把K、Cs、Ti等金属原子掺进C60分子的笼内，就能使其具有超导性能。再有C60H60这些相对分子质量很大地碳氢化合物热值极高，可做火箭的燃料等等。应用：2）碳纳米管单壁碳纳米管的结构示意图碳纳米管又称纳米碳管（Carbonnanotube，CNT），是单质碳的一维结构形式。碳纳米管按照石墨烯片的层数分类可分为：单壁碳纳米管（Single-wallednanotubes,SWNTs）和多壁碳纳米管（Mul

4、ti-wallednanotubes,MWNTs）。力学性能:由于碳纳米管中碳原子采取SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化中S轨道成分比较大，使碳纳米管具有高模量、高强度。传热性能:碳纳米管具有良好的传热性能，CNTs具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。3）金刚石型结构空间群国际符号：结构特点：不能形成封闭的分子，只能构成三维空间无限延伸的大分子。晶胞个中原子数：晶系：基本格子：球体堆积模型金刚石的晶胞图晶胞中

5、由几套等同点？坐标法投影图晶胞在（001）面的投影图YXZ金刚石的晶胞图标出A、B、C的坐标？这种结构可以看成是由2个面心立方布拉维格子穿插而成：这2个面心立方格子（图中的灰色和红色点）沿体对角线相对位移动a/4<111>。在坐标为000和坐标为1/41/43/4的原子的环境是不同的，它们不能独立抽象为一类等同点，这是两类等同点。最后，它的布拉维格子仍为面心立方格子。并且堆积方式也类似于fcc点阵，…AA’BB’CC’AA’BB’CC’……。虽然金刚石结构属于fcc的结构，但它的堆积致密度却很低，只有0.34。最近邻原子

6、中心距离是a[111]/4，所以原子半径一个晶胞有8个原子，故结构的致密度η为：与金刚石属于同一种类型结构的物质：硅、锗、灰锡、人工合成立方氮化硼等。性能及用途：硬度、熔点高；导热性好；半导体性能。因此，金刚石常被用作高硬切割材料和磨料以及钻井用钻头、集成电路中散热片和高温半导体材料。立方金刚石：绝大多数天然和人工合成得到的。六方金刚石：介稳的晶体，已在陨石中找到，也可将石墨加压到13GPa,温度超过4000K时制得。对比结构，有什么不同？晶胞中有几个原子？4）石墨型结构六方晶系六方原始格子石墨晶体结构（虚线范围为单位晶

7、胞）在晶胞不同位置的原子由不同数目的晶胞分享：顶角原子Þ1/8棱上原子Þ1/4面上原子Þ1/2晶胞内部Þ1石墨的结构特征：C原子成层状排列，每一层中C原子排列成六方环状，每个C原子与周围3个C原子成共价键结合，层中C原子的距离为0.142nm，层与层之间依靠分子键结合，层间距为0.335nm。同结构类型的物质：人工合成六方氮化硼思考：为什么介于C-C单键和C=C双键之间？1、层间作用力较弱，层间易于滑动，层平行的方向有完整的解离性，所以很软，是良好的固体润滑剂，是制作铅笔的好材料；是石墨形成多种多样的石墨夹层化合物的内部

8、结构根源。2、碳原子有4个外层电子,在层内只有3个电子参与成键，多余一个电子可以在层内移动，类似于金属中的自由电子（类金属键）,所以在平行于碳原子层的方向有很好的导电性质,具有金属光泽。优良的导电性，是制作电极的良好材料。石墨的许多物理性质与晶体结构密切相关，性能具有鲜明的各向异性：化学组成相同的物质，在不同的热力学