晶体学基础ppt课件.ppt

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1、晶体的结构与性质赵波南京师范大学晶体结构内容的相互关系密堆积原理是一个把中学化学的晶体结构内容联系起来的一个桥梁性的理论体系。第一节晶体的结构1、晶体的分类按来源分为：天然晶体（宝石、冰、砂子等）人工晶体（各种人工晶体材料等）按成键特点分为：原子晶体：金刚石离子晶体：NaCl分子晶体：冰金属晶体：Cu晶体的定义“晶体是由原子或分子在空间按一定规律周期性地重复排列构成的固体物质。”注意：（1）一种物质是否是晶体是由其内部结构决定的，而非由外观判断；（2）周期性是晶体结构最基本的特征。二、晶体性质(1)宏观性质的均匀性晶体内部各部分的宏观性质相同,

2、称为晶体性质的均匀性。例如，化学成分、密度等。非晶体也有均匀性。将石蜡地滴在云母片上，加热使其展开，结果呈椭圆形。说明石蜡在不同方向受热状况不一样。⑵各向异性10(3)晶体的自范性晶体在理想生长环境中能自发地形成规则的凸多面体外形，满足欧拉定理：F（晶面数）+V（顶点数）=E（晶棱数）+2如果我们给下面的晶体加热，随时间的变化，观测晶体状态和温度所发生的变化。⑷有明显确定的熔点随时间的推移，温度升高，到达某一温度时，晶体开始融化，此时温度保持不变，待晶体全部融化，温度又开始升高。晶体有固定的熔点融化：从本质上讲就是被束缚在固定位置上的

3、粒子能够自由移动。既然它们是在同一温度下融化，表明同类粒子所处的周围环境完全相同，只要某一局部在特定的温度下可以融化，整个晶体在此温度下都将融化。⑸有特定的对称性(6)晶体的X射线衍射效应晶体的周期性结构使它成为天然的三维光栅，周期与X光波长相当,能够对X光产生衍射:三、晶体的点阵结构概念：在晶体内部原子或分子周期性地排列的每个重复单位的相同位置上定一个点，这些点按一定周期性规律排列在空间，这些点构成一个点阵。点阵是一组无限的点，连结其中任意两点可得一矢量，将各个点阵按此矢量平移能使它复原。点阵中每个点都具有完全相同的周围环境。结

4、构基元：在晶体的点阵结构中每个点阵所代表的具体内容，包括原子或分子的种类和数量及其在空间按一定方式排列的结构。晶体结构=点阵+结构基元例1、2002年江苏夏令营选拔赛⑴两种铜溴配合物晶体中的一维聚合链结构的投影图(其中部分原子给出标记)如下。①分别指出两种结构的结构基元由几个Cu原子和几个Br原子组成：图⑴为个Cu原子，Br原子；图⑵为个Cu原子，个Br原子。热电材料又称温差电材料,是一种利用材料本身温差发电和制冷的功能材料，在能源与环境危机加剧和提倡绿色环保主题的21世纪，具有体积小、重量轻、无传动部件和无噪声运行等优点的热电材料引起了材研究

5、学者的广泛重视。近来，美国科学家在国际著名学术期刊《Science》上报道了一种高效低温的热电材料，下图是其沿某一方向的一维晶体结构。第2题图1图2（1）在图中画出它们的结构基元；结构基元的化学式分别是图1，图2。（2）现在，热电材料的研究主要集中在金属晶体上，Ti就是制备热电材料的重要金属之一，已知Ti的原子半径为145pm，作A3型堆积，请预测金属晶体Ti的晶胞参数和密度。（3）热电晶体NiTiSn是著名的Half-Heusler化合物结构，Sn作A1型堆积，Ti填充Sn的八面体空隙，Ni在Ti的周围形成四面体空隙，并且Ni-Ti和Ni-S

6、n距离相等，试画出一个NiTiSn的晶胞结构图，并用文字说明Ni的位置。（4）纳米粒子的量子尺寸效应可以显著提高材料的热电性能，表面原子占总原子数的比例是其具有量子尺寸效应的重要影响因素，假设某NiTiSn颗粒形状为立方体，边长为NiTiSn晶胞边长的2倍，试估算表面原子占总原子数的百分比（保留一位小数）。答案（1）注：实线或虚线部分画一个即可。结构基元的化学式分别是图1CdBr3，图2Bi2Te3。(2)晶胞参数：Ti作A3型堆积，所以为六方晶胞。在A3型堆积中取出六方晶胞，平行六面体的底是平行四边形，则晶胞参数：a=b=2r=2145=2

7、90pm由晶胞可以看出，六方晶胞的边长c为四面体高的两倍，即：晶体密度：平行四边形的面积：（3）NiTiSn的晶胞结构图：Ni处在Sn的一半四面体空隙中，（或Ni处在一半小立方体中）。（4）边长为NiTiSn晶胞边长2倍的纳米颗粒的总原子数=53+48=157表面原子数=526-82-123=98或：表面原子数=53-33=98表面原子数/总原子数=98/157=62.4%（2）平面点阵例3、2002年江苏夏令营选拔赛例4、长期以来人们一直认为金刚石是最硬的物质，但这种神话现在正在被打破。1990年美国伯克利大学的A.Y.Liu和M.L

8、.Cohen在国际著名期刊上发表论文，在理论上预言了一种自然界并不存在的物质－C3N4，理论计算表明，这种C3N4物质比金刚石的硬度还大，不仅如此，