第3章固体结构ppt课件.ppt

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1、3.1晶体结构和类型3.2金属晶体3.3离子晶体3.4分子晶体3.5层状晶体第三章固体结构晶体结构和类型石英(Quartz,SiO2),玻璃(glass,SiO2)1.晶体结构的特征与晶格理论晶体是由原子、离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。特征：(1)晶体具有规则的多面体外形；(2)晶体呈各向异性；(3)晶体具有固定的熔点。晶体概念的发展英文crystal(晶体)起源于希腊文“Krystallos”原意是“洁净的水”。在中世纪，人们研究了许多矿物晶体后形成一个初步的概念：晶体是具有多面体外形的固体。随着人们对晶体结构的理解，晶

2、体的概念得到不断的深化和完善。1812年R.J.Hauy发现，把方解石晶体打碎，能形成无数立方体外形的小晶体，提出了构造理论：晶体是由具有多面体外形的“分子”构成的。为现代晶格理论奠定了基础。19世纪，基于晶体的各向异性和均匀性A.Bravias等提出点阵理论。1912年M.Laue,W.H.Bragg开创了X光结晶学，从实验上证明晶体是由构成晶体地质点（原子，离子，分子）在空间三维有序排列而成地结构——点阵结构；现在，我们能在电子显微镜下看到点阵结构。晶格理论的概念晶格与晶胞晶格:有平行排列的点和线组成的反映接替结构的周期性的格子晶胞:包括晶格

3、节点上的微粒在内的平行六面体晶体是晶胞在空间上的重复和堆砌7种晶系立方Cubica=b=c,===90°四方Tetragonala=bc,===90°六方Hexagonala=bc,==90°,=120°正交Rhombicabc,===90°三方Rhombohedrala=b=c,==90°单斜Monoclinicabc==90°,90°三斜Triclinicabc==90°三种立方点阵形式：面心、体心、简单立方晶胞配位数：12质点数：4配位数：8质点数：2配位数：6质点数：1十四种

4、空间格子14种空间格子2．晶体的缺陷结构晶体应是一种向三维空间无限延伸的周期性点阵，它的各部分完全相同，并具有一定的对称性。实际晶体存在着对理想的空间点阵的偏离，这些偏离的地区或结构被称为晶体的缺陷。缺陷的重要性在于它们能影响固体的性质，诸如机械强度、导电性、耐腐蚀性和化学反应性能等。缺陷的种类很多，分类方法也很多。缺陷的分类由热力学原因而存在的缺陷叫本征缺陷非热力学原因而造成的缺陷叫外赋缺陷，通过提纯或改变合成条件而得到控制。根据缺陷的三维尺寸：将三维均是原子大小的缺陷称为零维缺陷或点缺陷；比这更小的缺陷称为电子缺陷；把两维很小一维很大的缺陷称

5、作一维缺陷或线缺陷，如位错；把一维很小两维很大的缺陷称作二维缺陷或面缺陷；把三维均较大的缺陷称为三维缺陷或体缺陷。（1）本征缺陷完整晶体，在温度高于0K时，原子在其平衡位置附近作热运动,原子间的能量分布是遵循麦克斯韦分布规律。具有能量足够大的原子，离开平衡位置而挤入晶格的间隙中，成为间隙原子，而原来的晶格位置变成空位。这种在晶体中同时产生的一对间隙原子和空位的缺陷，称为Frenkel缺陷。这一对对的间隙原子和空位也是在运动中，或者复合、或者运动到其他位置上去。Schottky缺陷晶体表面上的原子受热激发，蒸发到表面以外稍远的地方，产生了空位，晶体

6、内部的原子又运动到表面接替了这个空位，在内部产生了空位。快离子导体α-AgI中的间隙结构杂质缺陷由于杂质进入晶体后所形成的缺陷2）杂质缺陷激光晶体Y3Al5O12中须要添加Nd3+作为激活离子；发光材料Y2O3中须添加Eu3+才能发红光。用As原子代替单晶硅中部分Si原子以改善单晶硅的半导体性能．在ZrO2中用Ca2＋作为杂质代替Zr4+时伴随着生成O2－离子的空位以保持电中性。杂质原子常常以替代的方式存在于点阵之中，但也可以存在于点阵的间隙位置成为填隙杂质。（3）非整比化合物化学式中各原子的原子数之比不是简单的整数比例如Fe1-xO，在这里Fe

7、与O的原子数之比为一个分数。常见的有氢化物，氧化物，碲化物，砷化物，硫化物，硒化物以及各种三元化合物。当其化学式中的原子数之比接近于整数比（其缺陷浓度很低时），按点缺陷的研究方法处理；缺陷浓度较高时，应把缺陷看作是晶体构造的一部分，而不再看作是远远偏离理想晶体的某种不完善性。晶体缺陷与固体结构、组成、制备工艺和材料的物理性质之间有着密不可分关系，因此对缺陷的认识与研究是固态化学的重要.非整比铜酸盐化合物与高温超导体非整比钙钛矿锰酸盐的巨磁电阻效应（4）色心色心原来专指碱金属氯化物晶体中固有的各类点缺陷的缔合体，现在已把其用于表示使绝缘体着色的包括

8、杂质在内的所有缺陷。碱金属卤化物晶体中的导带能级和价带能级之间带隙的典型值为9—10eV，具有适当能量的光子可使卤离子释放出电子，同时产