無機(jī)材料科學(xué)結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1無機(jī)材料科學(xué)結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)無機(jī)材料科學(xué)結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)第1頁/共104頁第2頁/共104頁第3頁/共104頁GaAs(001) Ga-rich 4x6 110110第4頁/共104頁第5頁/共104頁第6頁/共104頁Cl Na第7頁/共104頁第8頁/共104頁Cl Na第9頁/共104頁a軸對a角 b軸對角 c軸對角第10頁/共104頁等同點(diǎn)等同點(diǎn)種類不同種類不同/環(huán)境不同環(huán)境不同無限大二維網(wǎng)無限大二維網(wǎng)格格有限大二維網(wǎng)格有限大二維網(wǎng)格表面表面/內(nèi)部不同內(nèi)部不同 1324第11頁/共104頁第12頁/共104頁第13頁/共104頁組成單元組成單元空間分布空間分布空間點(diǎn)陣空間點(diǎn)陣幾何點(diǎn)幾何點(diǎn)無

2、限大無限大實(shí)際晶體實(shí)際晶體實(shí)際原子或離子實(shí)際原子或離子有限大有限大第14頁/共104頁4.4.晶體與非晶體的區(qū)別晶體與非晶體的區(qū)別第15頁/共104頁固定的熔點(diǎn)固定的熔點(diǎn):質(zhì)點(diǎn)規(guī)則排列宏觀質(zhì)點(diǎn)規(guī)則排列宏觀表現(xiàn)表現(xiàn)第16頁/共104頁自限性自限性1432第17頁/共104頁物質(zhì)內(nèi)能物質(zhì)內(nèi)能物質(zhì)存在狀態(tài)物質(zhì)存在狀態(tài)結(jié)晶態(tài)結(jié)晶態(tài)玻璃態(tài)玻璃態(tài)液態(tài)液態(tài)氣態(tài)氣態(tài)第18頁/共104頁對稱就是物體相同部分有規(guī)律的重復(fù)。對稱就是物體相同部分有規(guī)律的重復(fù)。蝴蝶的對稱花冠的對稱不對稱的圖形第19頁/共104頁一、對稱的特點(diǎn)一、對稱的特點(diǎn)第20頁/共104頁第21頁/共104頁操作類型操作類型對稱操作對稱操作 輔助幾

3、何要素輔助幾何要素對稱要素對稱要素 簡單簡單 反伸反伸點(diǎn)點(diǎn)( (對稱中心對稱中心) )對稱中心對稱中心反映反映面面( (鏡面鏡面) )對稱面對稱面旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)線線( (對稱軸對稱軸) )對稱軸對稱軸 復(fù)雜復(fù)雜旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)+ +反伸反伸線和線上的定點(diǎn)線和線上的定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)反伸軸旋轉(zhuǎn)反伸軸旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)+ +反映反映線和垂直于線的線和垂直于線的平面平面旋轉(zhuǎn)反映軸旋轉(zhuǎn)反映軸第22頁/共104頁晶體中可以有對稱中心，也可以沒有對稱中心；晶體中可以有對稱中心，也可以沒有對稱中心；如果有對稱中心，那麼只能有如果有對稱中心，那麼只能有一個(gè)一個(gè)。 1 1、對稱中心（、對稱中心（C C）-反伸（倒反）反伸（倒反）第23頁/共10

4、4頁2 2、對稱面（、對稱面（P P）-反映反映一個(gè)晶體中可以有對稱面，也可以沒有對稱面；一個(gè)晶體中可以有對稱面，也可以沒有對稱面；可以有一個(gè)，也可以有多個(gè)，但最多不能超過可以有一個(gè)，也可以有多個(gè)，但最多不能超過9 9個(gè)。個(gè)。第24頁/共104頁3 3、對稱軸、對稱軸L Ln n第25頁/共104頁四方柱中的對稱四方柱中的對稱軸軸垂直方向：垂直方向：1 1個(gè)個(gè)L L4 4 水平方向：水平方向：4 4個(gè)個(gè)L L2 2 L4 第26頁/共104頁4 4 、旋轉(zhuǎn)反伸軸、旋轉(zhuǎn)反伸軸倒轉(zhuǎn)軸倒轉(zhuǎn)軸第27頁/共104頁四次旋轉(zhuǎn)反伸軸四次旋轉(zhuǎn)反伸軸第28頁/共104頁第29頁/共104頁5 5 、旋轉(zhuǎn)反映軸、

5、旋轉(zhuǎn)反映軸映轉(zhuǎn)軸映轉(zhuǎn)軸第30頁/共104頁三、對稱型（點(diǎn)群三、對稱型（點(diǎn)群）晶體外形上的對稱型共有晶體外形上的對稱型共有32種。種。第31頁/共104頁每一個(gè)晶族再根據(jù)對稱特點(diǎn)分成若干個(gè)晶系。每一個(gè)晶族再根據(jù)對稱特點(diǎn)分成若干個(gè)晶系。第32頁/共104頁晶體類別類別分類標(biāo)準(zhǔn)分類標(biāo)準(zhǔn)32個(gè)晶類個(gè)晶類對稱型對稱型n2的軸的軸三個(gè)晶族三個(gè)晶族每個(gè)晶族在細(xì)分成晶系第33頁/共104頁晶族晶族晶晶 系系對稱特點(diǎn)對稱特點(diǎn)實(shí)實(shí) 例例低級低級三斜三斜無無L L2 2和和P P鈣長石鈣長石 C C單斜單斜L L2 2和和P P均不多于一個(gè)均不多于一個(gè)石膏石膏 L L2 2PCPC斜方斜方L L2 2和和P P的總

6、數(shù)不多于三個(gè)的總數(shù)不多于三個(gè)重晶石重晶石 3L 3L2 23PC 3PC 中級中級三方三方唯一的高次軸為三次軸唯一的高次軸為三次軸方解石方解石L L3 33L3L2 23PC 3PC 四方四方唯一的高次軸為四次軸唯一的高次軸為四次軸鋯石鋯石 L L4 44L4L2 25PC5PC六方六方唯一的高次軸為六次軸唯一的高次軸為六次軸磷灰石磷灰石 L L6 6PCPC高級高級等軸等軸必定有四個(gè)必定有四個(gè)L L3 3方銅礦方銅礦 3 3L L4 44L4L3 36L6L2 29PC9PC第34頁/共104頁晶體定向晶體定向結(jié)晶符號結(jié)晶符號第35頁/共104頁xyuz三軸定向ab-c四軸定向abdc第36

7、頁/共104頁a ab bc ca ab bc cd d 坐標(biāo)軸的交點(diǎn)應(yīng)位于晶體中心。四軸定向主要用于三坐標(biāo)軸的交點(diǎn)應(yīng)位于晶體中心。四軸定向主要用于三方、六方晶系。軸角通常用方、六方晶系。軸角通常用 、表示：表示： = b = b軸軸c c 軸軸-與與a a軸相對軸相對 = a = a 軸軸 c c 軸軸-與與b b軸相對軸相對 = a = a 軸軸 b b軸軸-與與a a軸相對軸相對第37頁/共104頁1 1、晶軸的選擇應(yīng)遵守下列原則、晶軸的選擇應(yīng)遵守下列原則：第38頁/共104頁第39頁/共104頁第40頁/共104頁晶系晶系晶體幾何常數(shù)晶體幾何常數(shù)晶軸的選擇晶軸的選擇三斜晶系三斜晶系以任

8、意三條晶棱方向或角頂連線為以任意三條晶棱方向或角頂連線為a a 、 b b 、 c c 軸軸單斜晶系單斜晶系 90 90 9090 以唯一的以唯一的 L L2 2 或?qū)ΨQ面或?qū)ΨQ面 法線為法線為 b b 軸，軸，2 2 條垂直于條垂直于 b b 軸的晶棱方向軸的晶棱方向?yàn)闉閍 a 、c c 軸軸斜方晶系斜方晶系、 9090 以以3 3個(gè)互相垂直的個(gè)互相垂直的 L L2 2 為為a a 、 b b 、 c c 軸；或以唯一的軸；或以唯一的 L L2 2為為c c 軸軸四方晶系四方晶系、 9090以唯一的以唯一的 L L4 4為為c c 軸，垂直于軸，垂直于 c c 軸軸的的2 2條互相垂直的條互

9、相垂直的 L L2 2為為a a 、b b軸軸三方晶系三方晶系、9090以唯一的以唯一的 L L3 3為為c c 軸，垂直于軸，垂直于 c c 軸軸的的 3 3 條條L L2 2為為a a 、b b 、d d 軸軸六方晶系六方晶系、9090120120以唯一的以唯一的 L L6 6或或 L Li i6 6 為為c c 軸，垂直軸，垂直于于 c c 軸的軸的 3 3 條條L L2 2為為a a 、b b 、d d 軸軸等軸晶系等軸晶系、9090以互相垂直的以互相垂直的 3 3 L L4 4 個(gè)分別為個(gè)分別為a a 、 b b 、 c c 軸軸第41頁/共104頁結(jié)晶符號結(jié)晶符號第42頁/共104

10、頁 坐標(biāo)系，坐標(biāo)系，要求坐標(biāo)原點(diǎn)不在待標(biāo)晶面上要求坐標(biāo)原點(diǎn)不在待標(biāo)晶面上，各軸單，各軸單位分別是單位平行六面體（晶胞）邊長位分別是單位平行六面體（晶胞）邊長 a a、b b、c c 求出晶面在求出晶面在 x x、y y、z z 軸上的截距軸上的截距 papa、qbqb、rc,rc,則截距系數(shù)分別為則截距系數(shù)分別為 p p、q q 和和 r r。 取截距系數(shù)的倒數(shù)比，并化簡。即：取截距系數(shù)的倒數(shù)比，并化簡。即：1/1/p:1/q:1/r = h:k:l p:1/q:1/r = h:k:l （h:k:lh:k:l應(yīng)為簡單整數(shù)比應(yīng)為簡單整數(shù)比） 去掉比例符號，小括號括之，寫成（去掉比例符號，小括號括

11、之，寫成（hklhkl）, ,即為即為待標(biāo)定晶面的米勒符號。待標(biāo)定晶面的米勒符號。晶面符號的確定步驟晶面符號的確定步驟第43頁/共104頁y第44頁/共104頁（001）（001）(010)(010)(100)(100)(1100)(0110)（1010）第45頁/共104頁第46頁/共104頁 選定坐標(biāo)系，各軸單位分別是單位平行六面體（晶胞）邊長 a、b 和 c； 過原點(diǎn)作一直線，使其平行于待標(biāo)定晶向AB； 直線上任取一點(diǎn)P，求出P點(diǎn)在坐標(biāo)軸上的坐標(biāo) xa、yb、zc； xa/a:yb/b:zc/c = u:v:w 應(yīng)為整數(shù)比,去掉比 號以方括號括之，uvw即AB的晶向符號。晶向符號的確定步

12、驟晶向符號的確定步驟第47頁/共104頁 B C O A OAOA晶向晶向:120:120 OBOB晶向晶向:103 111:103 111晶向垂直于（晶向垂直于（111111）面）面 OCOC晶向晶向:123:123在立方晶系中，晶向指數(shù)與晶面指數(shù)相同時(shí)，則晶在立方晶系中，晶向指數(shù)與晶面指數(shù)相同時(shí)，則晶面與晶向垂直。如上圖。面與晶向垂直。如上圖。不同晶面與晶向具有不同的原子密度，因而晶體在不同晶面與晶向具有不同的原子密度，因而晶體在不同方向上表現(xiàn)出不同的性質(zhì)。不同方向上表現(xiàn)出不同的性質(zhì)。各向異性各向異性第48頁/共104頁第49頁/共104頁第50頁/共104頁第51頁/共104頁單形與聚形

13、的相互關(guān)系單形與聚形的相互關(guān)系第52頁/共104頁找出空間格子的規(guī)律性用一個(gè)最小找出空間格子的規(guī)律性用一個(gè)最小最簡單的單元來表示空間格子表示最簡單的單元來表示空間格子表示晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列規(guī)律晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列規(guī)律第53頁/共104頁一、單位平行六面體的劃分一、單位平行六面體的劃分第54頁/共104頁第55頁/共104頁第56頁/共104頁二、十四種布拉維格子二、十四種布拉維格子第57頁/共104頁第58頁/共104頁四、晶體的微觀對稱要素四、晶體的微觀對稱要素第59頁/共104頁1 1、都有無數(shù)多個(gè)和它相同的對稱要素、都有無數(shù)多個(gè)和它相同的對稱要素2 2、微觀對稱操作中出現(xiàn)了、微觀對稱操作中出現(xiàn)

14、了平移操作。平移操作。3 3、若平移距離為零，則微觀對稱要素、若平移距離為零，則微觀對稱要素= =同類型的宏觀同類型的宏觀對稱要素。對稱要素。晶體微觀對稱的特點(diǎn)晶體微觀對稱的特點(diǎn)4 4、微觀對稱要素不可能交于一點(diǎn)、微觀對稱要素不可能交于一點(diǎn)第60頁/共104頁第61頁/共104頁平移軸平移軸 晶體構(gòu)造中一條假想的直線，晶體晶體構(gòu)造中一條假想的直線，晶體 構(gòu)造沿這條直線移動一定距離，構(gòu)造沿這條直線移動一定距離， 可使相等的部分重合。可使相等的部分重合?；泼婊泼?晶體構(gòu)造中一個(gè)假想的平面，當(dāng)晶體構(gòu)造對晶體構(gòu)造中一個(gè)假想的平面，當(dāng)晶體構(gòu)造對 此平面進(jìn)行反映后再行此平移動一定距離，此平面進(jìn)行反映后

15、再行此平移動一定距離， 構(gòu)造中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)均與相同的質(zhì)點(diǎn)重合，整個(gè)構(gòu)造中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)均與相同的質(zhì)點(diǎn)重合，整個(gè) 構(gòu)造自相重。構(gòu)造自相重?；泼婵煞譃椋夯泼婵煞譃椋?a a 、b b 、c c 、n n 、d d 五種。五種。第62頁/共104頁 螺旋軸螺旋軸第63頁/共104頁五、空間群的概念五、空間群的概念第64頁/共104頁結(jié)晶化學(xué)的主要內(nèi)容結(jié)晶化學(xué)的主要內(nèi)容宏觀宏觀微觀微觀第65頁/共104頁孤立原子半徑示意圖孤立原子半徑示意圖第66頁/共104頁一、原子半徑和離子半徑有效半徑一、原子半徑和離子半徑有效半徑第67頁/共104頁晶體中有效半徑示意圖晶體中有效半徑示意圖第68頁/共104頁類型名稱特

16、征化學(xué)強(qiáng)鍵金屬鍵金屬鍵 無方向性和飽和性無方向性和飽和性離子鍵離子鍵 無方向性和飽和性無方向性和飽和性共價(jià)鍵共價(jià)鍵 有方向性和飽和性有方向性和飽和性弱鍵分子鍵分子鍵 分子偶極距的作用包括取向力、誘導(dǎo)力、分子偶極距的作用包括取向力、誘導(dǎo)力、色散力三部分。也是色散力三部分。也是 無方向性和飽和性。無方向性和飽和性。氫鍵氫鍵有方向性和飽和性有方向性和飽和性第69頁/共104頁金屬鍵金屬鍵離子鍵離子鍵分子鍵分子鍵共價(jià)鍵共價(jià)鍵第70頁/共104頁 X 0.20.40.60.81.01.21.41.6離子鍵離子鍵% %1491522303947 X1.82.02.22.42.62.83.03.2離子鍵離子

17、鍵% %5563707682868992第71頁/共104頁第72頁/共104頁為什么要用球模型？為什么要用球模型？三、球體緊密堆積原理三、球體緊密堆積原理第73頁/共104頁第74頁/共104頁第75頁/共104頁密堆六方密堆六方原子位置原子位置 12個(gè)頂角、上下底心和體內(nèi)個(gè)頂角、上下底心和體內(nèi)3處處 第76頁/共104頁八面體八面體間隙間隙：位置位置 體內(nèi)體內(nèi) 單胞數(shù)量單胞數(shù)量 6大小大小 四四面體面體間隙間隙：位置位置 棱和中心線的棱和中心線的1/4和和3/4處處 單胞數(shù)量單胞數(shù)量 12大小大小第77頁/共104頁第78頁/共104頁 將原子假定將原子假定為剛性球，他們?yōu)閯傂郧?，他們在?/p>

18、垛排列時(shí)必在堆垛排列時(shí)必然存在間隙。在然存在間隙。在面心立方晶格中面心立方晶格中存在的間隙主要存在的間隙主要有兩種形式：有兩種形式： 八面體間隙八面體間隙：位置位置 體心和棱中點(diǎn)體心和棱中點(diǎn)單胞數(shù)量單胞數(shù)量 12/4 + 1 = 12/4 + 1 = 4 4 大小大小 四四面體面體間隙間隙：位置位置 四個(gè)最近鄰原子的中心四個(gè)最近鄰原子的中心 單胞數(shù)量單胞數(shù)量 8 8 大小大小 第79頁/共104頁第80頁/共104頁第81頁/共104頁第82頁/共104頁第83頁/共104頁 第84頁/共104頁第85頁/共104頁名名 稱稱堆積方式堆積方式配位數(shù)配位數(shù)密排面密排面空空 隙隙堆積系堆積系數(shù)數(shù)六

19、方密六方密堆積堆積ABABABAB1212（00010001）四面體空隙四面體空隙八面體空隙八面體空隙0.740.74立方密立方密堆積堆積ABCABCABCABC1212（111111）四面體空隙四面體空隙八面體空隙八面體空隙0.740.74第86頁/共104頁 體心立方次密堆積和簡單立方堆積體心立方次密堆積和簡單立方堆積 2 2、等徑球體的另外兩種常見堆積、等徑球體的另外兩種常見堆積第87頁/共104頁體心立方次密堆積體心立方次密堆積 bcc Body-centered cubic第88頁/共104頁原子位置原子位置 立方體的八個(gè)頂角和體心立方體的八個(gè)頂角和體心 第89頁/共104頁側(cè)面中心線側(cè)面中心線1/4和和3/4處處 八面體八面體間隙：間隙：6個(gè)個(gè)位置位置 面心和棱中點(diǎn)面心和棱中點(diǎn) 單胞數(shù)量單胞數(shù)量 12/3 + 6/2 = 6大小大小 四四面體面體間隙：間隙： 12 個(gè)個(gè)第90頁/共104頁第91頁/共104頁第92頁/共104頁四、配位數(shù)和配位多面體四、配位數(shù)和配位多面體1 1、配位數(shù)（、配位