《晶体结构》PPT课件.ppt

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1、第一章晶体的结构固体材料是由大量的原子(或离子)组成约1mol/cm3原子的排列形式(结构)是研究固体材料宏观性能的基础质地软自然界中硬度最高不导电制造刀具、压头、磨料良导体用作润滑剂、笔芯抗拉强度和韧性在目前所有的材料中最高中空结构储氢、月球“天梯”碳纳米管1.1晶体的共性构成原子的种类不同晶体的性质不同种类相同，结构不同但不同晶体之间，仍存在某些共同的特征.Fe和Al金刚石和石墨（1）长程序(LRO,longrangorder)晶体中的原子都是按照一定规则排列,这种至少在微米数量级范围的有序排列.Be2O3晶体Be2O3玻璃（2）自限性(self-limiting)晶体自发地形成封闭凸多面

2、体的特性.这是晶体内部原子有序排列的反映.描述凸多面体的几个概念1abcd2晶面---围成晶体凸多面体的光滑平面晶棱---不同晶面之间的交线顶点---不同晶棱的交汇点带轴---相互平行晶棱的共同方向如右图中OO´晶带---晶棱相互平行的晶面组合,如右图中a,1,b,2（3）解理性(cleavage)晶体沿某些确定方位的晶面劈裂的性质解理面（滑移面）---相应的晶面硅酸盐矿物（4）晶面角守恒由于生长条件不同,同一种晶体外形会有差异,如右图.但相应两晶面之间的夹角总是恒定的.mm两面间夹角总是60º00´；mR两面间夹角总是60º13´；mr两面间夹角总是38º13´.（5）各向异性(anisot

3、ropy)晶体的物理性质在不同方向上存在差异.例如:电导率、热学性质、折射率等晶体的宏观特性是由晶体内部结构的周期性决定的,即晶体的宏观特性是微观特性的反映。石墨沿不同晶向电导率不同方解石沿不同晶向折射率不同1.2密堆积等径球如何堆积最紧密?晶体中的原子（或离子）由于彼此之间的吸引力会尽可能地靠近，以形成空间密堆积排列的稳定结构。1590年，由罗利(Raleigh)爵士提出1611年，开普勒猜想---“面心晶体”1831年,高斯给出了部分证明1900年，国际数学家大会“二十三个未解数学难题”之一1998年，希尔斯借助于电脑给出了证明250页笔记，3GB的计算机程序(1)六角密堆积(hexago

4、nalclose-packed,HCP)AB第一层：每个球与6个球相切,有6个空隙每三个相切的球的中心构成一个等边三角形.第二层：占据第一层空隙的中心.第三层：在第一层球的正上方形成ABAB···的排列.ABe、Cd、Mg和Ni等金属第一层：每个球与6个球相切，有6个空隙.第二层：占据第一层空隙的中心第三层：占据第一层其它三个没被第二层占据的空隙上面，按ABCABC···的方式排列.BAC(2)立方密堆积(Face-CenteredCubic,FCC)形成面心立方结构.Ag、Au、Co等金属(3)体心立方堆积(Body-CenteredCubic,BCC)Li、Na、K、Rb、Cs、Fe等(4

5、)简单立方(SimpleCubic,SC)固体氧、硫等(5)配位数(CoordinationNumber)一个粒子周围最近邻的粒子数称为配位数.六角密堆体心立方立方密堆81212它可以描述晶体中粒子排列的紧密程度，粒子排列越紧密，配位数越大。(6)致密度(Density)晶胞中所有原子的体积与晶胞体积之比六角密堆体心立方立方密堆1.3空间点阵(SpaceLattice)认为晶体可看成相同的格点在三维空间作周期性无限分布所构成的系统.这些格点的总和称为点阵.在对晶体结构的研究中，布拉维(Bravais)于十九世纪中叶提出了空间点阵学说.1912年劳厄(Laue)对晶体进行了X射线衍射实验,首次证

6、实了空间点阵学说的正确性.描述空间点阵的几个概念在晶体中适当选取某些原子作为一个基本结构单元,这些基本结构单元在空间周期性重复排列就形成晶体结构.(1)基元(Basis)这个基本结构单元称为基元，基元是晶体结构中最小的重复单元.(1)基元任何两个基元中相应原子周围的情况是相同的，而每一个基元中不同原子周围情况则不相同.为了研究晶体的周期性，常把基元抽象成一点，即用一点代表一个基元，这些点称之为格点.晶体结构=格点+基元(2)布拉维晶格、简单晶格和复式晶格简单晶格：如果晶体由完全相同的一种原子组成，且每个原子周围的情况完全相同，则这种原子所组成的网格称为简单晶格或称为布拉维晶格.复式晶格：如果晶

7、体由两种或两种以上原子组成，同种原子各构成和格点相同的网格，称为子晶格，它们相对位移而形成复式晶格。NaCl晶体(2)布拉维晶格、简单晶格和复式晶格在晶格中取一个格点为顶点，以三个不共面的方向上的周期为边长所形成的平行六面体作为重复单元，沿三个不同的方向进行周期性平移，就可以充满整个晶格.(3)原胞(PrimitiveCell)这个体积最小的重复单元即为原胞，代表原胞三个边的矢量称为原胞的基本平移