Ch1-3典型的晶体结构I

格式：pptx
大小：2.00 MB
文档页数：14

下载文档原格式

材料科学基础第三章典型晶体结构.答案

NaCl型结构在三维方向上键力分布比较均匀，因此其结构无明显解理（晶体沿某个晶面劈裂的现象称为解理），破碎后颗粒呈现多面体形状。
类似于NaCl型晶体结构的晶体较多，只是晶胞参数不同而已。
常见的NaCl型晶体都是碱土金属氧化物和过渡金属的二价氧化物。化学式可写为MO，其中M2＋是二价金属离子，结构中M2＋和O2－分别占据了 NaCl中钠离子和氯离子的位置。这些氧化物有很高的熔点，尤其是MgO（矿物名称方镁石），其熔点高达2800℃左右，是碱性耐火材料镁砖中的主要晶相。
反萤石型结构：在萤石型结构中正、负离子位置全部互换，并没有改变结构形式，只是正、负离子位置对调。如Na2O
结构-性能关系：CaF2熔点较低，用作助熔剂/作晶核剂。质点间键力较NaCl强硬度稍高（莫氏4级），熔点1410C，在水中溶解度小。
表示方法：球体堆积法；坐标法；投影图；配位多面体
连接方式
0,100
50
0,100
75 50
25 0,100
25 0,100
50
75
50
0,100
与金刚石晶胞的对比，有什么不同？
同型结构的晶体β-SiC,GaAs,AlP 等
5、-ZnS（纤锌矿）型结构（AB type）
六方晶系，简单六方格子
C
50
0,100
晶胞在（001）面的投影图
晶胞中由几套等同点？
在坐标为000和坐标为1/4 1/4 3/4 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。
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>。

1-3 常见晶体的结构_2013

CsCl晶体:简单立方
2. 氯化钠结构
氯化钠晶体由氯原子和钠原子组成的
晶格基元原胞
子晶格晶格原胞
基元
子晶格
由Na+和 Cl-各自构成一套面心立方格子，它们彼此沿对角线方向平移1/2套构形成了.
3. 金刚石结构
原子除了占据立方体的顶角和面心位置外，在面心立方的晶胞内还有 4 个原子，这 4 个原子分别位于4个空间对角线的1/4处。
Pt
C1 A C2 C3 B3 B1
惯用原胞
B2 A
（111）面立方密堆
六角密堆积：第三层小球放在第一层小
球之上，即重复第一层的排列，这样就形成了 ABABAB….的密堆积方式。
具有六方密堆积结构的元素晶体：Ti、Zr、Y等
Ti
基元和初基原胞
六角密堆
三、表征晶体结构的重要概念
1、原子半径对于由同种元素原子构成的晶体，原子半径r通常是指元胞中相距最近的两个原子之间距离的一半。
体心立方
在体对角线上，原子为最近邻，则：
4r 3a ，即：r
3 a 4
由 nv ，每个惯用原胞内的原子数为：
va
1 n 11 8 2。求得： 8
4 3 r nv 4 r 2 3 3 ( )3 0.68 va a 3 a
六方密堆
在端面正六边形的顶点和中心的原子为最近邻，则：
CsCl
晶格基元原胞
Cl+子晶格
晶格与基元
简单立方
Cs+子晶格
Cl-和Cs+各自构成一套简单立方结构的子晶格， CsCl 结构是这两个子晶格沿立方体空间对角线方向平移 1/2 空间对角线长度套构而成的。所以， CsCl 结构是简单立方结构，而不是体心立方结构。

Ch1-3 晶向晶面和它们的标志

Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｐｈｙｓｉｃｓ湖北大学物电学院
电子科学技术系
或晶列指数）。

——
晶向指数
当指数为负数时，指数顶上
5晶向指数晶向指数
7
Ch 1.3 晶向晶面和它们的标志
7简单立方晶格的晶向标志立方边共有6个不同的晶向
——面对角线晶向
共有12个
立方边OA 的晶向
面对角线OB 的晶向
o
A
B
C
Ch 1.3 晶向晶面和它们的标志
的晶面上
同族中其它晶面的截距是
用自然长度单位１表示
是晶面族中最靠近原点的晶面在坐标轴上的截距
X
的晶面指数21
31
2
1
2 ⇀
⇀
⇀
Ch 1.3 晶向晶面和它们的标志15
15面等效的晶面数分别为：３个表示为
面等效的晶面数分别为：６个表示为
面等效的晶面数分别为：４个表示为
——符号相反的晶面指数只是在区别晶体的外表面时才有
意义，　在晶体内部这些面都是等效的
A
ＡＤ的晶列指数为：
注意:
基矢为坐标系的三个轴，设某一晶面与三个坐标轴分别交于
为整数，该晶面法线方向的单位矢量用表示，
取为天然长度单位，则得：
O。

1-3常见晶体结构

A C E
D
rx /r=0.291
其实是扁八面体空隙的1/4
红球为间隙原子黑球为晶胞原子
三、常见晶体结构及其几何特征
3 常见晶体中的重要间隙 3.3 HCP结构（1）八面体间隙
数量： 6 与原子数比为6：6=1：1
rx /r=0.414
三、常见晶体结构及其几何特征
3 常见晶体中的重要间隙 3.3 HCP结构（2）四面体间隙
2 r a 4
黑球为晶胞原子
rx /r=0.414 即八面体间隙的相对大小
三、常见晶体结构及其几何特征
3 常见晶体中的重要间隙 3.1 FCC结构（2）四面体间隙数量： 8 与原子数比为8：4=2：1 rx /r=0.225
三、常见晶体结构及其几何特征
3 常见晶体中的重要间隙 3.1 FCC结构（2）四面体间隙
3.1 FCC结构
（1）八面体间隙边长为 2 a的正八面体 2 数量为1+12*（1/4）=4 与原子数比为1：1
三、常见晶体结构及其几何特征
3 常见晶体中的重要间隙 3.1 FCC结构（1）八面体间隙如何度量八面体间隙？在八面体间隙中填入刚性小球并与最邻近的点阵原子相切。设rx为刚性小球的半径，则 rx就是间隙大小的度量成刚性小球为间隙原子。 rx +r=a/2 对于FCC 红球为间隙原子
注： -Fe 为 fcc 结构 , -Fe 为 bcc 结构， C 的半径为 0.077nm ，
而实际的 -Fe 为 fcc 结构中八面体间隙半径为 0.054nm
34
下图是某金属晶胞的三个晶面，图中小圆表示原子的位置，请确定：

该晶胞属于哪个晶系？哪种晶体结构？并绘出该晶胞的三维示意图，请标出坐标及晶胞参数。如果原子的重量为105g/mol，试计算该金属的密度。NA=6.023×1023

1-3 典型晶体结构

Crystallography
第一章晶体结构
结构按金属原子堆积方式可分为： A1型：立方最紧密堆积 A2型：立方体心紧密堆积 A3型：六方最紧密堆积

Crystallography
第一章晶体结构
⑴铜的晶体结构
属A1型，空间群Fm3m，立方最紧密堆积，立方面心格子, ao=0.3608nm，CN=12，Z=4。

Crystallography
第一章晶体结构
碳化物（AC）， A=Ti、Zr、Hf、V、 Nb、Ta、Th… 氮化物(AN), A=Sc、Y、Ti、Zr、V、 Nb、Cr、Np、Pu、Th、U… 过渡金属元素的氧化物。

Crystallography
第一章晶体结构
⑴CsCl型
等轴晶系，空间群Pm3m， a=0.411nm，CN=8，Z=1。 AX型化合物中，r+/r->0.732时，多为 CsCl型结构。
第一章晶体结构
a
α-Fe晶体结构模型
Crystallography
第一章晶体结构
Crystallography
第一章晶体结构
⑶Os的晶体结构
六方晶系，空间群为P6/mmc，六方最紧密堆积，六方原始格子， ao=0.2712nm，co=0.4314nm， CN=12，Z=2。 c 2
a 3 6 1.63
Crystallography
第一章晶体结构
Ⅰ型 (含N) Ⅰa型：N为N2、N3 、N n， 98%的天然无色--黄色钻石属于此类。 Ⅰb 型：N为孤N，多数合成钻石属于此类。 Ⅰ型金刚石的主要用途：刀具、拉丝模、砂轮、钻头等。
Crystallography

ch1-3晶体三极管

由此可知，T1管放大，T2管饱和，T3管截止。
晶体管判断
直流电位相近的两个极是发射极和基极，电位差约为0.7V的是硅管，约为0.2V的是锗管，另外一极是集电极。若c电位最高，为NPN管，电位最低的为e，居中为b。若c电位最低，为PNP管，电位最高为e，居中为 b。 2.已知测得放大电路中晶体管三个电极的电位为下表所示，试判断它们的管型、管脚和所用材料。
Guangzhou College of SCUT
2.7
ΔiC
iC iB
U CE
U（BR）CEO 由图示特性求出PCM、ICM、U （BR）CEO 、β。
例题
1.最大集电极耗散功率PCM
PCM iC uCE 在图上为一条确定的曲线
当uCE=10V时，iC=2.7mA，所以PCM=27mW
安全工作区
练习：判断晶体管的类型和工作状态在实验室内，常常通过对电路中晶体管
Guangzhou College of SCUT
各管脚电位的测试来判断晶体管的类型、材料及其工作状态。NPN型管和PNP型管工作在放大状态时两个PN结的电压如图：
例题
1. 现测得某电路中几只NPN型晶体管三个电极的直流电位如下表所示，各晶体管b-e间的开启电压Uon均为0.5V。判断各管子的工作状态。
iC iE
或

1

1
基本共基放大电路
注意直流电流和交流电流放大系数的区别！
三、晶体管的共射输入特性和输出特性
1. 输入特性
iB f ( uBE )
UCE 常数
Guangzhou College of SCUT
当UCE=0时，输入特性曲线与PN结的伏安特性类似当UCE>0时，输入特性曲线右移对于小功率晶体管，UCE大于1V的一条输入特性曲线可以取代UCE大于1V的所有输入特性曲线！

典型金属的晶体结构ppt课件

典型金属的晶体结构
1. 三种典型金属晶体结构 2. 晶胞中原子数 3. 原子半径与点阵常数的关系 4. 配位数与致密度 5. 晶体中原子的堆垛方式 6. 晶体结构中的间隙
1. 三种典型金属晶体结构
面心立方（A1）face-centred cubic lattice→fcc
常见金属晶体的结构
体心立方（A2）body-centred cubic lattice→bcc
2. 晶胞中原子数
每个晶胞所含有的原子数（N）可用下式计算：
N=Ni+Nf/2+Nr/m Ni,Nf,Nr分别表示位于晶胞内部，面心和角顶上的原子数， m为晶胞类型参数，立方晶系m=8，六方晶系m=6.
体心立方
面心立方
密排六方
n 81 1 2 8
n 8 1 6 1 4 n 12 1 2 1 3 6
两种最紧密堆积中，每个球体周围同种球体的个数均为12。
SUCCESS
THANK YOU
2019/6/10
可编辑
面心立方最紧密堆积
12
6
3
54
12
6
3
54
12
6
3
54
A B C
面心立方最紧密堆积
A C B A C B A
ABCABC……, 即每三层重复一次
面心立方最紧密堆积
12
6
3
54
面心立方最紧密堆积
K nv V
式中，n为晶胞原子数，v原子体积，V晶胞体积。
面心立方配位数为12
K

nv V

4
4(
3 a32 4源自a)30.74
体心立方配位数为8

ch1-3,4,5,6-基础知识

Tg = 53℃，室温硬韧。
聚异戊二烯有六种有规异构体：
CH3
顺式
nH2C CH C CH2 CH3
1，4加成 1，2加成 3，4加成
CH2 CH C CH n
CH2 CH n CH3 C CH2
反式全同间同无规
CH3 CH2 C n
CH CH2
全同间同无规
3．分子构造〔几何形状〕
分子构造指的是高分子链的几何形状。一般高分子链为线形〔线型高分子〕，也有支化或交联构造〔体型高分子〕。
聚合度 DP = n
构造单元、单体单元、重复单元
主链
H2C CH2
n
Cl
侧基〔或侧链〕
聚合度
如果高分子是由两种或两种以上单体缩聚而成的，其重复单元由不同的单体单元组成。例如尼龙：
重复单元：－NH(CH2)6NH－CO(CH2)4CO－。
构造单元: －NH(CH2)6NH－和－CO(CH2)4CO －
O O CO
CH3
C n
CH3
碳酸根
(4)译名、商品名或俗称合成纤维在我国称之为“纶〞(来自-lon的译音):
涤纶(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、腈纶(聚丙烯腈) 等; 聚酰胺常用其商品名的译名尼龙(Nylon)。其他商品名还有特氟隆(聚四氟乙烯)、赛璐珞(硝酸纤维素)等。而俗名有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)、电木 (酚醛树脂)、电玉(脲醛塑料)等也已被广泛采用。
N 1 N 2 N 3 N n
N i
重均分子量
M w W 1 M 1 W W 1 2 M W 2 2 W W 3 3 M 3 W n W n M n W W iM ii
W i NiM i
Ww

ch1晶体结构_1

晶体结构=空间点阵+基元
当从点阵中任一点r 去观察粒子的排列时，与从点阵中另外一点r＇去观察粒子的排列是完全一样的。
材料与能源学院微电子工程系
Solid State Physics—chap.1 Crystal Structure
点阵的描述
空间点阵可以用平移矢量 T（transaction vector）描述： T= ua1+va2+wa3 其中：u、v、w为任意整数， a1、a2、a3为平移基矢。若u、v、w中有两个为零，则是直线点阵；若u、v、w中有一个为零，则是平面点阵。
材料与能源学院微电子工程系

Solid State Physics—chap.1 Crystal Structure
1.1.2 晶体的宏观特性 1. 晶体的自限性—自发形成封闭几何外形的能力。晶体生长过程会自发形成晶面、晶面相交形成晶棱、晶棱会聚成顶点、形成凸多面体外形，将自身封闭起来，又称为自范性。
Solid State Physics—chap.1 Crystal Structure
空间点阵
材料与能源学院微电子工程系
Solid State Physics—chap.1 Crystal Structure
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 理想晶体是由粒子按照排列在由三个不共面的基
本矢量a1、a2、a3所组成的点阵上的。

来。实验：X射线衍射测定晶体结果(另行安排) 作业课堂讨论
材料与能源学院微电子工程系
Solid State Physics—chap.1 Crystal Structure
参考书
黄昆编著，固体物理学，北京大学出版社，
2009

典型晶体结构

ห้องสมุดไป่ตู้
共价晶体结构特点
原子间通过共价键相互结合，形成三维网状结构，共价晶体具有高硬度、高熔点和化学稳定性等特点。
分子晶体结构
分子晶体
由分子通过分子间作用力相互结合而形成的晶体。
分子晶体结构特点
分子间通过较弱的分子间作用力相互结合，形成低密度的网状结构，分子晶体具有较低的硬度和熔点，某些分子晶体还具有光学活性。
合金晶体结构
固溶体晶体结构
固溶体晶体结构是指一种或多种金属元素溶入另一种金属元素中形成的晶体结构，具有较高的硬度、耐磨性和耐腐蚀性等特点，在机械制造、汽车制造和航空航天等领域得到广泛应用。
VS
金属间化合物晶体结构
金属间化合物晶体结构是指两种或多种金属元素相互作用形成的化合物晶体结构，具有高硬度、高熔点和良好的抗氧化性等特点，在高温材料和硬质合金等领域得到广泛应用。
电子
在原子核外高速运动的带负电荷的基本粒子，按照一定的轨道围绕原子核运动。
离子晶体结构
离子晶体
由正负离子通过离子键结合而形成的晶体。
离子晶体结构特点
正负离子间通过离子键相互结合，形成网状结构，离子晶体具有较高的硬度和熔点，某些离子晶体还具有透光性。
共价晶体结构
共价晶体
由原子间通过共价键结合而形成的晶体。
在材料合成中，晶体结构可以影响材料的相变过程和相变温度，从而可以优化材料的制备过程和提高材料的性能。
固体物理学研究
固体物理学研究物质的性质和行为，特别是固体的结构和性质之间的关系。晶体结构是固体物理学中一个核心的研究领域，它决定了固体的许多性质，如硬度、弹性、热学和电学等性质。
通过研究晶体结构，可以了解固体内部的原子排列和相互作用方式，从而可以深入了解固体的物理性质和行为。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

—— 原胞中只包含一个原子
Ex.
9
六方密堆hexagonal close-packed, hcp
Flash5. 六方初基晶胞
10
六方结构的原子堆积
A层原子球排列 B层原子球排列
C层原子球排列
原子球排列为：AB AB AB …… 晶体结构如：Be、Mg、Zn、Cd
六个空隙属于两类；平移其中任何一类均可覆盖 11
Ch1-3 典型的晶体结构
晶体结构及密堆积
1
晶体结构＝基元＋点阵
简单晶格 -基元是一个原子复式晶格 -基元中包含多个原子或离子
NaCl结构简单立方 CsCl结构体心立方面心立方 (面心结构原子密堆方式) 金刚石结构六方密堆 (六方结构原子密堆方式) ZnS结构钙钛矿结构 ……
2
简单立方simple cubic, sc
六角密排晶格的原胞基矢选取一个原胞中包含A层和B层原子各一个，共两个原子
密堆积所对应的配位数最大：12
致密度高：
晶格常数：
2 / 6
c / a 8/3
12
fcc和hcp的不同堆垛方式
原子堆垛方式
面心立方晶格和密排六方晶格的致密度与配位数完全一致，均属于最密排列晶格，但是晶格类型却不同，这是由于他们的原子堆垛方式不同。
7
立方体的顶点到三个近邻的面心引三个基矢
原胞体积 V a1 ( a2 a3 ) 1 3 a 4
配位数 12，致密度
2 / 6
8
a 基矢 a1 ( j k ) 2 a a 2 (k i ) 2 a a 3 (i j ) 2
Li、Na、K、Rb、Cs、Fe 等
4
由立方体的中心到三个顶点引三个基矢
a 基矢 a1 2 (i j k ) a a 2 ( i j k ) 2 a a3 2 (i j k ) 原胞体积 1 3 V a1 (a2 a3 ) a 2
基矢 a1 ai , a2 aj, a3 ak
原胞体积 V a1 (a2 a3 ) a3
— 原胞中只包含一个原子致密度 / 6 晶胞就是原胞，由完全等价的一种原子构成的晶格晶胞体积是原胞体积
3
体心立方body-center cubic，bcc
2个原子，体心的原子和格点的原子是等价的晶胞体积 V a b c a3
—— 原胞中只包含一个原子，为晶胞体积的一半配位数 8，致密度
3 / 8
5
面心立方face-center cubic，fcc
Flash4. 面心立方晶胞

6
面心结构的原子堆积
A层原子球排列 B层原子球排列
C层原子球排列
原子球排列为：ABC ABC ABC …… 晶体结构如： Cu、Ag、Au、
C C B C B B B B A 面心立方结构的原子堆垛方式 A层 B层 B 密排六方的原子堆垛方式 C层
13
A
C
C C
简单立方体心立方面心立方 (面心结构原子密堆方式) 六方密堆 (六方结构原子密堆方式) 作业1：计算简单立方、体心立方、面心立方、六方密堆结构的致密度
14