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固体物理课件-几种常见的晶体结构

固体物理课件-几种常见的晶体结构
簡單晶格必須由同種原子組成；反之，由同種原子組成 的晶格卻不一定是簡單晶格。
如：金剛石、Mg、Zn 、 C60和NaCl等晶格都是複式晶格
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三、倒格子
倒格子的定義：
ai b j 2ij
i, j=1, 2, 3
NaCl結構中的八面體位置
➢ CsCl結構 典型晶體：CsCl、CsBr、CsI
➢ 閃鋅礦結構 典型晶體：ZnS、CdS、GaAs、
-SiC
§1.2 晶格的週期性
一、晶格與空間點陣
1. 晶格：晶體中原子（或離子）排列的具體形式
2. 空間點陣
A
B
➢ 等同點系：晶格中所有與起始點在化學、物理和 幾何環境完全相同的點的集合
C：底心Bravais格子 F：面心Bravais格子 H: 六方Bravais格子
P
Triclinic
P
C
Monoclinic
P
C
I
F
Orthorhombic
R
Rhombohedral
P
I
Tetragonal
H
P
Hexagonal
I
F
Cubic
立方晶系的基矢
c
fcc：
a1
0
a2
b a3 a
c

第2章固体结构(6)-离子与共价晶体结构27页PPT

第2章固体结构(6)-离子与共价晶体结构27页PPT

为了降低晶体的总能量，正、负离子趋于形成尽可能 紧密的堆积，即一个正离子趋于有尽可能多的负离子为邻。
因此，一个最稳定的结构应当有尽可能大的配位数， 而这个配位数又取决于正、负离子半径的比值。
正、负离子半径比与阳离子配位数及配位多面体形状
Pauling第二规则-电价规则
在稳定的离子晶体结构中，每个负离子的电价 Z-等于或接近等于与之邻接的各正离子静电强度S 的总和。
负离子配位多面体：离子晶体结构中，与某一个正 离子成配位关系而连接的各个负离子中心线所构成的多 面体。
(2) 配位数
金属晶体材料：一个原子周围与它直接相邻 结合的原子个数，常称为原子配位数。12、8。
离子晶体材料：一个离子周围与它直接相邻 结合的所有异号离子个数，常称为离子配位数。8、 6、4。
共价键晶体：由于方向性和饱和性，因此其 配位数不符合紧密堆积原则，CN较低（4 、3）。
4.3 几种简单的离子晶体结构
简单立方 八面体间隙
Cs:Cl=8:8
简单立方
Cl——面心立方 Na——八面体间隙（面心立方）
Na+:Cl- ＝6:6
Cl
Na
面心立方
4.4 硅酸盐的晶体结构
1、硅酸盐的结构特点
（a）基本结构单元：[SiO4] 。 （b） 结合键与结构：
主要是离子键结合， 含一定比例的共价键， 硅位于氧四面体的间隙。 （c相）连[S。iO4]四面体可弧立存在，或两个[SiO4]四面体间共顶 （d）Si4+间不存在直接的键，通过O2-联接，每个氧最多被 两个多面体共有。 （e）Si-O-Si的结合键不形成一直线，而是折线，键角接近 145度。
二、离子晶体的主要特点：(无机非金属材料) 硬度高、强度大 熔点、沸点高 热膨胀系数小、脆性大 导电、导热差 无色透明

固体结构

固体结构
பைடு நூலகம்
3.离子的极化力 影响因素：离子的电荷，离子的半径，离子的外层电子构型 4.离子的变形性 影响因素：离子电荷，离子的半径，离子的外层电子构型 5.附加极化力： 一些18电子或者18+2电子构型的阳离子，他们的极化和变形性都很强， 当它们对阴离子产生极化作用的时候，本身也会被阴离子所极化，阴 阳离子相互极化的结果，使彼此变形性增大，诱导偶极增大，相邻异 极电荷更加集中，导致彼此的极化力都进一步加强，这种因相互极化 而增大的极化能力，称为附加极化力. 6.离子极化对物质结构和性质的影响 （1）.键型过度：离子极化的结果，使正负离子之间产生了额外的吸引 力，甚至有可能使两个离子的轨道或者电子云产生变形而导致轨道的 相互重叠，致使离子间距离减小，键的离子性降低而共价键增强，离 子相互极化越强，就有可能由离子键过度到共价键。 （2）. 性质的改变： a.溶解度的变化 b.化合物颜色的变化 c.晶体的熔点
第十章 固体结构
10.1晶体结构类型 10.1.1晶体结构的特征与晶体理论 1. 晶体理论的基本概念： a. 晶格：组成晶体的微粒在空间作用下有规则的排列，如果把这些微粒 抽象成几何点，那样这些几何点就具有一定的几何形状。我们把从晶体 中抽象出来的几何图形称为点阵。 b. 晶胞：晶胞是包括晶格点上的微粒在内的平行六面体。它的晶体的最 小重复单位，通过晶胞在空间平行并无隙地堆砌而成晶体。 10.1.2晶体缺陷 非晶体 1.晶体缺陷： a.定义：晶体中一切偏离理想的晶格结构都称为晶体的缺陷 b.种类：本征缺陷和杂质缺陷 2.非晶体 10.1.3晶体类型 简介金属晶体，离子晶体，分子晶体和原子晶体
10.4.2氢键 1.定义：是指氢原子与电负性的较大的某原子以极性共价键结合时，还能 吸引另外一个电负性较大，而且半径较小的某原子，也可不同的孤对 电子所形成的分子间或者离子间的键 2.特征 (1).氢键的键能比化学键的键能要弱的多，与分子间力有相同的数量级 (2).氢键具有饱和性和方向性。 3.种类： (1).分子间氢键 (2).分子内氢键 硝酸的熔点和沸点较低，酸性较强，都与分子内氢键有关 4.实质：氢键是一种静电吸引作用 5.氢键与分子间力的区别与联系 (1).区别：氢键有方向性和饱和性，而分子键无方向性和饱和性，而且氢 键可以存在分子之间 (2).联系：都是一种静电吸引作用；分子间作用与氢键的键能具有相同的 数量级。

无机化学课件：第七章 固体的结构与性质

无机化学课件：第七章 固体的结构与性质
液相或汽相沉积
三态：玻璃态、高弹态、粘流态
石英玻璃：
石英玻璃： SiO2
石英光导纤维
非晶态高分子化合物
三态：玻璃态、高弹态、粘流态
玻璃态(常温下塑料） 温度很低时，线性高分子、链节都不能 运动，如同玻璃体一般坚硬。
线性高分子
高弹态(常温下橡胶)
温度升高到一定程度时，整个链还不能 运动，但其中链节可以自由运动了。 表现出很高的弹性。
用途： 耐磨材料，耐火材料，半导体材料。
二、分子晶体
分子晶体：晶格节点上排列着极性或非极性共价分子，分 子间以分子间作用力或氢键结合形成的晶体。
性质：分子晶体物质一般熔点低、硬度小、易挥发， 熔融不导电。（强极性除外）
物质：一般为非金属元素组成的共价化合物。
如：SiX4,H2O,CO2,SF6,I2等。 CO2晶体 面心立方晶格
等属此列。
3、立方ZnS型 晶胞也是正立方体，
ห้องสมุดไป่ตู้
配位数均为4，如BeO、ZnSe
离子晶体为什么会有 不同的空间构型？
CsCl型
这主要由正、负离子的半径比（ r+ / r- ）决定。
r+ / r-增大 , 则 C.N. 增大； r+ / r- 减小 , 则 C.N. 减小。
离子晶体空间构型除了与 r+ / r- 有关外 ，还与离子的电子构型、离子互相极化 作用以至外部条件（如温度）等有关。
四、非晶体
1、概述
微粒无序排列，无规则几何外形 无一定熔点。
射频等离子体化学气相沉积 Ge 、Si、α-Si:H、GaAs等
较
传统玻璃：硅酸盐【Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或Na2O·CaO·6SiO2

化学CH固体结构PPT课件

化学CH固体结构PPT课件
１.原子规则排列：晶体中原子（分子或离子） 在三维空间呈周期性重复规则排列，存在长程有序， 而非晶体的原子无规则排列的。
2021/6/15
晶态与非晶态
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第6页/共187页
2021/6/15
２.是否有固定熔点：晶体具有固定的熔点，非晶体 无固定的熔点，液固转变是在一定温度范围内进行。
3.各向异(同)性：晶体具有各向异性（anisotropy）， 非晶体为各向同性。
因此，实际存在的晶体结构是无限的。
2021/6/15
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晶向指数和晶面指数
晶面(crystal plane)：晶体中由一系列原子所构成的平面。
晶向(crystal directions)：通过晶体中任意两个原子中心 连线来所指的方向表示晶体结构的空间的各个方向。
晶向指数(indices of directions)和晶面指数(indices of crystal－plane)是分别表示晶向和晶面的符号，国际上 用Ｍiller指数（Ｍiller indices ）来统一标定。
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问：上表中为什么没有底心四方点阵 十四种布拉菲点阵的结构图
2021/6/15 和面心四方点阵？
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1.三斜晶系
简单三斜点阵
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a≠b≠c α≠β≠γ≠90°
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2.单斜晶系
简单单斜点阵
底心单斜点阵
• a≠b ≠c α=γ=90°≠β
(1) 设定坐标系：将原点设在待标定晶向上。
((32) )化走整步数：将从沿原三点个出坐发标，轴分行别走沿的以各坐标轴方向行走 ，作

固体物理课件第二章_晶体的结构

固体物理课件第二章_晶体的结构



Na+构成面心立方格子 Cl－也构成面心立方格子
(6) CsCl: 由两个简单立方子晶格彼此沿 立方体空间对角线位移1／2 的长度套构而成
(7) 闪锌矿结构
化合物半导体 —— 锑化铟、砷化镓、磷化铟 面心立方的嵌套
（8） 钙钛矿结构
钛酸钙（CaTiO3） 钛酸钡（BaTiO3） 锆酸铅（PbZrO3） 铌酸锂（LiNbO3） 钽酸锂（LiTaO3）等
面心立方格子:原点和12个近邻格点连线的垂 直平分面围成的正十二面体
体心立方格子:原点和8个近邻格点连线的垂直 平分面围成的正八面体，沿立方轴的6个次近 邻格点连线的垂直平分面割去八面体的六个角， 形成的14面体 —— 八个面是正六边形，六个面是正四边形
§1.2 晶列和晶面
思考： 金刚石为什么有固定的面？ 这些面和晶格结构有什么关系？
根据周期性：
f e
k k
ikx
fk e
k
ik ( x na )
f k eikx f k eik( x na)
k k
e
ik na
1
m 0,1,2,
k na k Rn 2m
2 k h Gh a
k=b的波传过一个晶格长度，相位改变2π
晶面：所有结点可以看成分布在一系列相互平 行等距的平面族上，每个平面族称为一个晶面 晶面用法向或晶面指数标志
例：同一个格子，两组不同的晶面族
晶面的性质： –晶格中一族的晶面不仅平行，并且等距 –一族晶面必包含了所有格点 –三个基矢末端的格点必分别落在该族的不 同晶面上（有理指数定理）
晶面（米勒）指数：晶面把基矢 a1 , a2 , a3 分别

无机化学固体结构95页PPT

心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
无机化学固体结构
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
Thank you

无机化学 第三章 固体结构

⑺由原子的价电子组合而成的价电子轨道，被价电 子占据称为价带，价带可以是满带也可以是导带；
⑻完全未被电子占据的能带称为空带。
2020年1月25日 10时3分
导带 (空带 )
能隙 ( band gap)
价带 (满带)
杂质产生 的局域能 级
（a）
(b)
(c)
半导体的能带结构示意图
(a)本征半导体, (b) n-型半导体，(c) p-型半导体
2020年1月25日 10时3分
1、分子的极性和偶极距
非极性分子—正电荷中心和负电荷中心重合的分子。
实例：H2, Cl2, N2, CO2, BF3, CH4, CCl4 , S8, P4 等等。
极性分子—正电荷中心和负电荷中心不重合的分子。
实例：HCl, CO, H2O, NH3, CHCl3 等等。 双原子分子：键的极性与分子的极性一致 多原子分子：键的极性与分子的极性不一定一致
⑶不同原子轨道组成不同的能带，各种固体的能 带数目和能带宽度都不相同；
2020年1月25日 10时3分
三、金属键能带理论
⑷相邻量能带间的能量范围称为禁带，在禁带中电 子不能占据；
⑸完全被电子占满的能带称满带，在满带中的电子 无法移动，不会导电；
⑹部分被电子占满的能带称导带，导带中的电子很 容易吸收微小能量而跃迁到稍高能量的轨道上，从 而具有导电能力；
2020年1月25日 10时3分
3-3 离子型晶体
3-3-1离子键的形成和特征（NaCl为例）
受外力作用金属原子移位滑动不影响电子气对金属原子的维系作用
（电子气理论对金属延展性的解释）
2020年1月25日 10时3分
三、金属键能带理论
要点：

固体物理课件ppt完全版_图文


一、简单立方晶格（SC格子） 1·配位数：每个原子的上下左右前后各有一个最近邻
原子 — 配位数为6
2·堆积方式：最简单的原子球规则排列形式 — 没有 实际的晶体具有此种结构
简单立方晶 格堆积方式
简单立方晶 格典型单元
3·原胞： SC格子的立方单元是最小的周期性单元 — 选取其本身为原胞
4·晶格的三个基矢：
③
∵面上原子密度大，对X 射线的散射强
∴简单的晶面族，在 X 射 线的散射中，常被选做 衍射面
金刚石晶格中双层密排面
第四节 倒格子
晶格的周期性描写方式: 正格子
※ 坐标空间（ 空间）的布拉伐格子表示 ※ 波矢空间（ 空间）的倒格子表示
Reason?
∵晶体中原子和电子的运动状态，以及各种微观粒子 的相互作用 → 都是在波矢空间进行描写的 晶格振动形成的格波，X 射线衍射均用波矢来表征
晶
列
1· 晶列：在布拉伐格子中，所有格点可以分列在一
系列相互平行的直线系上，这些直线系称
为晶列
2· 晶向：同一个格子可以形成方向不同的晶列，每 一个晶列定义了一个方向，称为晶向
3·晶向指数: 若从一个原子沿晶向到最近的原子的
位移矢量为
， 则用
标志晶向，称为晶向指数
同一晶向族的各晶向
4· 晶面：布拉伐格子的格点还可以看成分列在平行 等距的平面系上，这样的平面称为晶面。
倒易点阵本质
如果把晶体点阵本身理解为周期函数，则倒 易点阵就是晶体点阵的傅立叶变换，所以倒
易点阵也是晶体结构周期性的数学抽象，只
是在不同空间(波矢空间)来反映,其所以要变 换到波矢空间是由于研究周期性结构中波动 过程的需要。
一个三维周期性函数u(r)（周期为T=n1a1+ n2a2+ n3a3）
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3.构造理论：

在18世纪中叶法国科学家Haüy发现方解石可 以不断地解理成愈来愈小的菱面体，提出了
构造理论：晶体是由一个个小的几何体在空
间平行地无间隙地堆砌而成。

它为现代晶格理论奠定了基础。
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4.晶格理论
(1). 晶

格
晶格是一种几何概念，将许多点等距离排成一 行，再将行等距离平行排列。将这些点联结起 来，得到平面格子。将这二维体系扩展到三维 空间，得到的是空间格子，即晶格。
3 体心立方堆积:bcc
配位数： 8
空间占有率：
68.02%
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密堆积层间的两类空隙 A 四面体空隙： 一层的三个球与 上或下层密堆积 的球间的空隙。 B 八面体空隙： 一层的三个球 与错位排列的 另一层三个球 间的空隙。
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10.3
离 子 晶 体
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10.1 晶 体 结 构 和 类 型
10.1.1 晶体结构的特征与晶格理论 *10.1.2 晶体缺陷, 非晶体 10.1.3 球的密堆积 10.1.4 晶体类型
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10.1.1 晶体结构的特征与晶格理论
1. 晶体结构的特征 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。 具有规则的几何外形 呈现各向异性 具有固定的熔点
等概念，熟悉分子间作用力的类型、大小，氢键的形成 条件及对物质性能的影响等，了解层状晶体的结构特征 及性能特点 。
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第十章
固体结构
Solid Structure
10.1 晶 体 结 构 和 类 型 10.2 金 属 晶 体 10.3 离 子 晶 体 10.4 分 子 晶 体
10.5 层 状 晶 体

晶格：用点和线反映晶体结构的周期性，是从 实际晶体结构中抽象出来以表示晶体周期性结 构规律的三维空间结构。
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10.1.1 晶体结构的特征与晶格理论

晶胞：晶体的最小重复单元，通过晶胞在空间平 移无隙地堆砌而成晶体。
晶胞的两个要素：
1. 晶胞的大小与形状：
晶胞参数
由晶胞参数a，b，c， α，β，γ表示，
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2.晶面夹角守恒定律：

17世纪中叶丹麦矿物学家Steno对石英的断面
仔细“相面”后发现，尽管石英晶面的大小
形状千差万别，但有一条不变的规律。

晶面夹角守恒定律：呈多种形状的晶体，它 们的a晶面与b晶面间的夹角相等，b晶面与c 晶面，a晶面与c晶面间的夹角亦相等。 这种规律适用于各种晶体。
无机化学
第十章 固体结构
Solid Structure分类。
了解金属晶体的一般特征及金属键理论 。
熟悉AB型离子晶体的三种典型结构类型，了解晶格能的
概念。熟悉离子极化理论及在讨论化合物结构、性能方 面的应用。
熟悉分子晶体的一般特征，熟悉分子的偶极矩，极化率
10.3.1 离子晶体的结构 10.3.2 晶格能
10.3.3 离子极化
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10.3.1 离子晶体的结构
离子晶体中的离子的堆积方式与金属晶体是类似
的。由于离子键没有方向性和饱和性，所以离子 在晶体中常常趋向于采取紧密堆积方式，但不同 的是各离子周围接触的是带异号电荷的离子。
离子晶体：密堆积空隙的填充 阴离子：大球，密堆积，形成空隙 阳离子：小球，填充空隙 规则：阴阳离子相互接触稳定 配位数大，稳定
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1.离子晶体的类型

三种典型的AB型离子晶体 NaCl CsCl ZnS 型 型 型 型

其他类型的离子晶体 AB2 ABX3 型
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三种典型的AB型离子晶体– NaCl型
a, b, c 为六面体边长， α, β, γ 分别是bc , ca, ab 所组成的夹角。
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2. 晶胞的内容：粒子的种类，数目及它在晶胞中 的相对位置。 按晶胞参数的差异将晶体分成七种晶系。
晶系 立方晶系 三方晶系 四方晶系 立方晶系 正交晶系 单斜晶系 三斜晶系 边长 a=b=c a=b=c a=b≠c a=b≠c a≠b≠c a≠b≠c a≠b≠c 夹角 α=β=γ= 900 α=β=γ≠ 900 α=β=γ= 900 α=β= 900 , γ=1200 α=β=γ= 900 α=β= 900 , γ≠ 900 α≠β≠γ≠ 900 晶体实例 NaCl Al2O3 SnO2 AgI HgCl2 KClO3 CuSO4· 5H2O
按带心型式分类，将七大晶系分为14种型式。 例如，立方晶系分为简单立方、体心立方和面心 上页 下页 退出 立方三种型式。
上页 下页
退出
10.1.4 晶体类型 晶体的分类
组成 粒子 金属晶体 离子晶体 分子晶体 原子晶体 原子 离子 离子 分子 原子 粒子间 作用力 金属键 离子键 分子间 力 共价键 物理性质 熔沸点 高低 高 低 高 熔融导 硬度 电性 大小 大 小 大 好 好 差 差
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金属晶体：等径球的密堆积 1 六方密堆积:hcp 第三层与 第一层对齐， 产生ABAB… 方式。
配位数：12 空间占有率： 74.05%
上页 下页 退出
2 面心立方密堆积:fcc 第三层与第一 层有错位，以 ABCABC… 方式排列。 配位数：12 空间占有率: 74.05%
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例 Cr, K NaCl 干冰
SiO 2
退出
§10.2 金属晶体
10.2.1 金属晶体的结构 10.2.2 金属键理论 10.2.3 金属合金
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10.2.1 金属晶体的结构
金属晶体是金属原子或离子彼此靠金属键结合而 成的。金属键没有方向性，金属晶体内原子以配位数 高为特征。金属晶体可以看作是等径球的密堆积。 金属晶体中粒子的排列方式常见的有三种： 六方密堆积(Hexgonal close Packing)， 面心立方密堆积(Face-centred Cubic close Packing)， 体心立方堆积(Body-centred Cubic Packing)。