晶體缺陷2.1.ppt

1、第二章晶體結(jié)構(gòu)與缺陷,2.1 晶體的結(jié)構(gòu) 2.2 晶體的缺陷 點(diǎn)缺陷 面缺陷,2.1、晶體的結(jié)構(gòu) 一、AX型結(jié)構(gòu)， 二、AX2型結(jié)構(gòu)， 三、A2X3型結(jié)構(gòu)， 四、 ABO3型結(jié)構(gòu)， 五、 AB2O4型（尖晶石，spinelle）結(jié)構(gòu)， 六、無(wú)機(jī)化合物結(jié)構(gòu)與鮑林規(guī)則 （Paulings rule）。,一、AX型結(jié)構(gòu),AX型結(jié)構(gòu)主要有CsCl，NaCl，ZnS，NiAs等類型的結(jié)構(gòu)，其鍵性主要是離子鍵，其中CsCl，NaCl是典型的離子晶體。 大多數(shù)AX型化合物的結(jié)構(gòu)類型符合正負(fù)離子半徑比與配位數(shù)的定量關(guān)系。只有少數(shù)化合物在r+/r-0.732或r+/r-0.414時(shí)仍屬于NaCl型結(jié)構(gòu)。如KF，

2、LiF，LiBr，SrO，BaO等。,AX型化合物的結(jié)構(gòu)類型與r+/r-的關(guān)系,NaCl晶胞圖,1. NaCl型結(jié)構(gòu),立方晶系，立方面心格子，陰離子按最緊密方式堆積，陽(yáng)離子填充全部的八面體空隙內(nèi)。陰陽(yáng)離子的配位數(shù)都為6，Z4,NaCl型結(jié)構(gòu)在三維方向上鍵力分布比較均勻，因此其結(jié)構(gòu)無(wú)明顯解理（晶體沿某個(gè)晶面劈裂的現(xiàn)象稱為解理），破碎后其顆粒呈現(xiàn)多面體形狀。,CsCl晶胞圖,2.CsCl型結(jié)構(gòu),立方晶系，立方原始格子， 配位數(shù)都為8,閃鋅礦結(jié)構(gòu),（a）晶胞結(jié)構(gòu),（c）ZnS4分布及連接,（b）（001）面上的投影,3.立方ZnS（閃鋅礦，zincblende）型結(jié)構(gòu),立方晶系，立方面心格子S2-位

3、于面心和頂點(diǎn)，Zn2+交錯(cuò)位于立方體內(nèi) 的1/8小立方體的中心。配位數(shù)都是4。Z4。,纖鋅礦結(jié)構(gòu)六方柱晶胞,六方晶系，Z2，S2-按六方密堆, Zn2+離子填充1/2的四面體空隙中。 配位數(shù)都為4。,4.六方ZnS（纖鋅礦，wurtzite ）型結(jié)構(gòu)及熱釋電性,二、AX2型結(jié)構(gòu),AX2型結(jié)構(gòu)： 螢石（CaF2，fluorite）型 金紅石（TiO2，rutile）型 方石英（SiO2，-cristobalite）型結(jié)構(gòu) 層型的CdI2和CdCl2型結(jié)構(gòu),AX2型結(jié)構(gòu)類型與r+/r-的關(guān)系,螢石型結(jié)構(gòu),（a）晶胞結(jié)構(gòu)圖,（b）CaF8立方體及其連接,（c）FCa4四面體及其連接,1.螢石（CaF

4、2）型結(jié)構(gòu)及反螢石型結(jié)構(gòu),立方晶系，Ca2+按立方緊密堆積形式，形成面心立 方，F(xiàn)位于立方體內(nèi)八個(gè)小立方體的中心，或全部填 充在Ca2離子形成的四面體中，Ca2離子的配位數(shù)是8， F離子配位數(shù)是4，,F離子形成立方體，有一半中心有Ca2離子，因此，有空洞，F(xiàn)離子可以在結(jié)構(gòu)中擴(kuò)散。另外，平行于111面網(wǎng)的方向上易發(fā)生解理，因此螢石常呈八面體解理。 BaF2,PbF2,SnF2,CeO2,UO2等屬此結(jié)構(gòu)。Li2O, Na2O, K2O是反螢石型結(jié)構(gòu)。,金紅石（TiO2）型結(jié)構(gòu),（b）（001）面上的投影圖,（a）晶胞結(jié)構(gòu)圖,2.金紅石（TiO2）型結(jié)構(gòu),四方晶系，Z2，Ti4+ 離子占據(jù)頂點(diǎn)，配

5、位數(shù) 是6。O2離子的配位數(shù) 是3。,GeO2,SnO2,PbO2, MnO2,等屬此結(jié)構(gòu),金紅石結(jié)構(gòu)中TiO3八 面體的排列,碘化鎘型結(jié)構(gòu),3.碘化鎘（CdI2）型結(jié)構(gòu),碘化鎘屬于三方晶系，層狀結(jié)構(gòu)， 層內(nèi)CdI6八面體之間共面連接， 層間結(jié)合很弱，因而晶體具有平 行（0001）面的完全解理。,三、A2X3型結(jié)構(gòu),A2X3型化合物晶體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，其中有代表性的結(jié)構(gòu)有剛玉（corundum）型結(jié)構(gòu)，稀土A、B、C型結(jié)構(gòu)等。由于這些結(jié)構(gòu)中多數(shù)為離子鍵性強(qiáng)的化合物，因此，其結(jié)構(gòu)的類型也有隨離子半徑比變化的趨勢(shì)。,A2X3型結(jié)構(gòu)類型與r+/r-的關(guān)系,B2O3,CN=3,CN=6,剛玉,Al、Cr

6、、Fe,C型稀土氧化物,B型稀土氧化物,A型稀土氧化物,Mn Sc In,Ln-Nd,Sm-La,0.42,0.32,0.78,O,S,Se,Te,r+/r-,剛玉（-Al2O3）型結(jié)構(gòu),剛玉（-Al2O3）型結(jié)構(gòu),剛玉型結(jié)構(gòu)的化合物還有-Fe2O3（赤鐵礦，hematite），Cr2O3，V2O3等氧化物以及鈦鐵礦（ilmenite）型化合物FeTiO3，MgTiO3，PbTiO3，MnTiO3等。 剛玉硬度非常大，為莫氏硬度9級(jí)，熔點(diǎn)高達(dá)2050。,四、ABO3型結(jié)構(gòu),在含有兩種正離子的多元素化合物中，其結(jié)構(gòu)基元的構(gòu)成分為兩類：其一是結(jié)構(gòu)基元是單個(gè)原子或離子；其二是絡(luò)陰離子。 ABO3型結(jié)構(gòu)中，如果A離子與氧離子尺寸相差較大，則形成鈦鐵礦型結(jié)構(gòu)，如果A離子與氧離子尺寸大小相同或相近，則形成鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)，其中A離子與氧離子一起構(gòu)成FCC面心立方結(jié)構(gòu)。,鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu),（a）晶胞結(jié)構(gòu),（b）反映Ca2+配位的晶胞結(jié)構(gòu)（另一種晶胞取法）,（c）TiO6八面體連接,1.鈣鈦礦（perovskite，CaTiO3）型結(jié)構(gòu),2.方解石CaCO3結(jié)構(gòu),由NaCl結(jié)構(gòu)演變的方解石示意圖,方解石結(jié)構(gòu),尖晶石（MgAl2O4）的結(jié)構(gòu),五、AB2O4型（尖晶石，spinelle）結(jié)構(gòu),在尖晶石結(jié)構(gòu)中，如果A離子占據(jù)四面體空隙， B離子占據(jù)八面體空隙，稱為正尖晶