第02章固體結(jié)構(gòu)ppt課件

1、金納米顆粒的TEM照片金的TEM照片金的金相照片金的AFM 照片鎳的STM 照片鎳的支配陳列照片鈷的支配陳列照片鐵的支配陳列照片銅的支配陳列照片氙的支配陳列照片掃描隧道顯微鏡(STM) 第第2章章 固體構(gòu)造固體構(gòu)造物質(zhì)：氣態(tài) 液態(tài) 固態(tài)固態(tài)物質(zhì)：晶體 非晶體晶體：原子在空間呈有規(guī)那么地周期性反復(fù)陳列；非晶體：原子無(wú)規(guī)那么陳列。晶體中原子陳列的作用原子陳列研討固態(tài)物質(zhì)的內(nèi)部構(gòu)造，即原子陳列和分布規(guī)律是了解掌握資料性能的根底，才干從內(nèi)部找到改善和開(kāi)展新資料的途徑。組織性能 2.1 晶體學(xué)根底晶體構(gòu)造的根本特征：原子或分子在三維空間呈周期性反復(fù)陳列，即存在長(zhǎng)程有序晶體和非晶體的兩大性能區(qū)別各向同性各

2、向異性固定熔點(diǎn)熔化范圍 熔點(diǎn)： 方向性：晶體非晶體硅原子的面陳列2.1.1 空間點(diǎn)陣和晶胞陣點(diǎn)空間點(diǎn)陣為了便于分析研討晶體中質(zhì)點(diǎn)的陳列規(guī)律性，可先將實(shí)踐晶體構(gòu)造看成完好無(wú)缺的理想晶體并簡(jiǎn)化，將其中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)籠統(tǒng)為規(guī)那么陳列于空間的幾何點(diǎn)，稱之為陣點(diǎn)。這些陣點(diǎn)在空間呈周期性規(guī)那么陳列并具有完全一樣的周圍環(huán)境，這種由它們?cè)谌S空間規(guī)那么陳列的陣列稱為空間點(diǎn)陣，簡(jiǎn)稱點(diǎn)陣。具有代表性的根本單元最小平行六面體作為點(diǎn)陣的組成單元，稱為晶胞。將晶胞作三維的反復(fù)堆砌就構(gòu)成了空間點(diǎn)陣。晶胞晶胞選取的原那么同一空間點(diǎn)陣可因選取方式不同而得到不一樣的晶胞晶體點(diǎn)陣及晶胞的不同取法晶體點(diǎn)陣及晶胞的不同取法晶胞選取的原那么

3、選取的平行六面體應(yīng)反映出點(diǎn)陣的最高對(duì)稱性；平行六面體內(nèi)的棱和角相等的數(shù)目應(yīng)最多；當(dāng)平行六面體的棱邊夾角存在直角時(shí)，直角數(shù)目應(yīng)最多；當(dāng)滿足上述條件的情況下，晶胞應(yīng)具有最小的體積。晶胞、晶軸和點(diǎn)陣矢量點(diǎn)陣矢量：點(diǎn)陣常數(shù)：a, b, c棱邊夾角, , , , abcabc, , abcabcabcabc14種布拉菲點(diǎn)陣根據(jù)6個(gè)點(diǎn)陣參數(shù)間的相互關(guān)系，可將全部空間點(diǎn)陣歸屬于7種類型，即7個(gè)晶系。按照“每個(gè)陣點(diǎn)的周圍環(huán)境一樣“的要求，布拉菲Bravais A用數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)出可以反映空間點(diǎn)陣全部特征的單位平面六面體只需14種，這14種空間點(diǎn)陣也稱布拉菲點(diǎn)陣。三斜：簡(jiǎn)單三斜單斜：簡(jiǎn)單單斜 底心單斜,90oab

4、c,90oabc正交：簡(jiǎn)單正交 底心正交體心正交面心正交,90oabc菱方：簡(jiǎn)單菱方六方：簡(jiǎn)單六方123,90 ,120ooaaac,90oabc四方：簡(jiǎn)單四方 體心四方,90oabc立方：簡(jiǎn)單立方 體心立方 面心立方,90oabc布拉菲點(diǎn)陣的構(gòu)造特征布拉菲點(diǎn)陣的構(gòu)造特征The structural feature of Bravais lattice 空間點(diǎn)陣和晶胞的關(guān)系同一空間點(diǎn)陣可因選取晶胞的方式不同而得出不同的晶胞體心立方面心立方簡(jiǎn)單菱方簡(jiǎn)單三斜晶體構(gòu)造和空間點(diǎn)陣的區(qū)別空間點(diǎn)陣是晶體中質(zhì)點(diǎn)陳列的幾何學(xué)籠統(tǒng)，用以描畫(huà)和分析晶體構(gòu)造的周期性和對(duì)稱性，由于各陣點(diǎn)的周圍環(huán)境一樣，它只能有14中

5、類型晶體構(gòu)造那么是晶體中實(shí)踐質(zhì)點(diǎn)原子、離子或分子的詳細(xì)陳列情況，它們能組成各種類型的陳列，因此，實(shí)踐存在的晶體構(gòu)造是無(wú)限的。晶體構(gòu)造和空間點(diǎn)陣的區(qū)別晶體構(gòu)造和空間點(diǎn)陣的區(qū)別2.1.2 晶向指數(shù)和晶面指數(shù)晶向：晶體中原子的位置、原子列 的方向晶面：原子構(gòu)成的平面Miller密勒指數(shù)一致標(biāo)定晶向指數(shù)和晶面指數(shù)晶向指數(shù)晶向指數(shù)： u v w恣意陣點(diǎn)P的位置可以用矢量或者坐標(biāo)來(lái)表示。OP = u + v + wabc晶向指數(shù)的例子正交晶系一些重要晶向的晶向指數(shù)晶面指數(shù)的標(biāo)定正交點(diǎn)陣中一些晶面的面指數(shù)晶面指數(shù)舉例晶面指數(shù)的意義在晶體內(nèi)凡晶面間距和晶面上原子的分布完全一樣，只是空間位向不同的晶面可以歸并為

6、同一晶面族，以h k l表示，它代表由對(duì)稱性相聯(lián)絡(luò)的假設(shè)干組等效晶面的總和。晶面指數(shù)所代表的不僅是某一晶面，而是代表著 一組相互平行的晶面。 立方晶系中，一樣指數(shù)的晶向和晶面垂直； 立方晶系中，晶面族111表示正八面體的面； 立方晶系中，晶面族110表示正十二面體的面；六方晶系指數(shù)六方晶系的晶向指數(shù)和晶面指數(shù)同樣可以運(yùn)用上述方法標(biāo)定，這時(shí)取a1，a2，c為晶軸，而a1軸與a2軸的夾角為120度，c軸與a1，a2軸相垂直。但這種方法標(biāo)定的晶面指數(shù)和晶向指數(shù)，不能顯示六方晶系的對(duì)稱性，同類型 晶面和晶向，其指數(shù)卻不相雷同，往往看不出他們的等同關(guān)系。六方晶系晶面指數(shù)標(biāo)定根據(jù)六方晶系的對(duì)稱特點(diǎn)，對(duì)六方

7、晶系采用a1，a2，a3及c四個(gè)晶軸，a1，a2，a3之間的夾角均為120度，這樣，其晶面指數(shù)就以(h k i l四個(gè)指數(shù)來(lái)表示。 根據(jù)幾何學(xué)可知，三維空間獨(dú)立的坐標(biāo)軸最多不超越三個(gè)。前三個(gè)指數(shù)中只需兩個(gè)是獨(dú)立的，它們之間存在以下關(guān)系：i ( h + k ) 。六方晶系一些晶面的指數(shù)六方晶系晶向指數(shù)標(biāo)定六方晶系晶向指數(shù)的表示方法(c軸與圖面垂直)采用4軸坐標(biāo)時(shí)，晶向指數(shù)確實(shí)定原那么仍同前述晶向指數(shù)可用u v t w來(lái)表示，這里 u + v = - t。六方晶系中，三軸指數(shù)和四軸指數(shù)的相互轉(zhuǎn)化三軸晶向指數(shù)(U V W)四軸晶向指數(shù)(u v t w)三軸晶面指數(shù)(h k l)四軸晶向指數(shù)(h k

8、i l)i ( h + k ) 。晶帶晶帶軸u v w與該晶帶的晶面h k l之間存在以下關(guān)系： hu + kv + lw = 0凡滿足此關(guān)系的晶面都屬于以u(píng) v w為晶帶軸的晶帶，故此關(guān)系式也稱作晶帶定律。一切平行或相交于同不斷線的這些晶面構(gòu)成一個(gè)晶軸，此直線稱為晶帶軸。屬此晶帶的晶面稱為晶帶面。晶面位向:cos:cos:cosh k l222coscoscos1晶面指數(shù)確定了晶面的位向和間距。對(duì)立方晶系晶面的位向是用晶面法線的位向來(lái)表示的；空間恣意直線的位向可以用它的方向余弦來(lái)表示。晶面間距1由晶面指數(shù)求面間距dhkl通常，低指數(shù)的面間距較大，而高指數(shù)的晶面間距那么較小晶面間距愈大，該晶面

9、上的原子陳列愈密集；晶面間距愈小，該晶面上的原子陳列愈稀疏。晶面間距2晶面間距公式的推導(dǎo)coscoscoshklabcdhkl2222222coscoscoshklhkldabc晶面間距3:簡(jiǎn)單晶胞計(jì)算公式正交晶系立方晶系六方晶系222hkladhkl2221hkldhklabc22222143hkldhhkklac晶面間距4復(fù)雜晶胞復(fù)雜晶胞體心立方面心立方密排六方h + k + l = 奇數(shù)h k l不全為奇數(shù)或者不全為偶數(shù)h + 2k = 3n (n=1,2,3.), l為奇數(shù)附加面附加面Dhkl/21 12 23 3面面 心心 立立 方方 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) （ A A） f fa ac ce

10、e- -c ce en nt tr re ed d c cu ub bi ic c l la at tt ti ic ce e常常 見(jiàn)見(jiàn) 金金 屬屬 晶晶 體體 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)體體 心心 立立 方方 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) （ A A） b bo od dy y- -c ce en nt tr re ed d c cu ub bi ic c l la at tt ti ic ce e 密密 排排 立立 方方 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) （ A A） h he ex xa ag go on na al l c cl lo os se e- -p pa ac ck ke ed d l la at tt ti ic ce e2 2

11、 金屬的晶體構(gòu)造金屬的晶體構(gòu)造Crystal Structure of MetalsCrystal Structure of Metals 體心立方點(diǎn)陣面心立方點(diǎn)陣密排六方點(diǎn)陣二、晶體構(gòu)造的幾何特征參數(shù)點(diǎn)陣常數(shù)晶胞內(nèi)原子數(shù)原子半徑配位數(shù)致密度間隙密排方向密排面三、晶胞中的原子數(shù)1fcc 2bcc 3hcp 四、點(diǎn)陣常數(shù)與原子半徑 R 的關(guān)系 晶胞棱邊的長(zhǎng)度稱為點(diǎn)陣常數(shù)或晶格常數(shù)。對(duì)立方晶系a=b=c,點(diǎn)陣常數(shù)用a表示即可；對(duì)六方晶系，a1=a2=a3c,需要用a和c兩個(gè)點(diǎn)陣常數(shù)來(lái)表示晶胞的大小。1面心立方：原子半徑為a424621881n21881n632126112n2體心立方： 原子半徑為

12、R=a433密排六方 a. c/a=1.633理想情況 底面上原子間距和上下層間 距相等 b. c/a1.633 底面上原子間距和上下層間距不相等 2aR 12aR 22222131223243ccaRa 五、配位數(shù)和致密度1配位數(shù)：在晶體中，與某一原子最臨近且等間隔的原子數(shù)稱為配位數(shù) fcc CN=12 bcc CN=8 hcp c/a=1.633 CN=12 c/a1.633 CN=6+62 致密度：晶胞內(nèi)原子球所占體積與晶胞體積之比值 fcc bcc hcp vnuK 74. 0624234433aaK68. 04334233aaK74. 0233234623caaK三種典型金屬構(gòu)造的晶

13、體學(xué)特點(diǎn) 六、密排面與密排方向FCC構(gòu)造密排面和密排方向確實(shí)定BCC構(gòu)造密排面和密排方向確實(shí)定HCP構(gòu)造密排面和密排方向確實(shí)定 七、晶體中原子的堆垛方式密 排 六 方 ： 密 排 面 為 0 0 0 1 ABABAB 面 心 立 方 ： 密 排 面 為 1 1 1 ABCABCABC 體心立方：密排面為110 ABABAB八、晶體構(gòu)造中的間隙 1面心立方a.八面體間隙：位置是立方體的正中心和每一個(gè)棱邊中心，其數(shù)目 棱邊長(zhǎng)度 設(shè)原子半徑為rA，間隙中能包容的最大圓球子半徑rB，那么rB / rA = 0.414b.四面體間隙：位于由一個(gè)頂角原子和三個(gè)面中心原銜接成的正四面體中心，數(shù)目為8 rB / rA =0.225441121aaa2222222密排六方：與面心立方構(gòu)造相比，這兩種構(gòu)造的八面體和四面體的外形完全類似，但位置不同八面體間隙 rB / rA = 0.414 四面體間隙 rB /rA = 0.2253體心