常見晶體結(jié)構(gòu)教學(xué)學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1常見常見(chn jin)晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)PPT教學(xué)課件教學(xué)課件第一頁，共36頁。體心體心(t xn)立方結(jié)構(gòu)立方結(jié)構(gòu) CN82 幾何特征幾何特征2.1 配位數(shù)配位數(shù) 簡寫簡寫CN 一個(gè)原子周圍最鄰近的原子數(shù)一個(gè)原子周圍最鄰近的原子數(shù) 純元素金屬純元素金屬(jnsh) 這些最鄰近的原子到所論原子的距離是相等的這些最鄰近的原子到所論原子的距離是相等的 多元素晶體多元素晶體 不同元素的最鄰近原子到所論原子的距離不一定相等不同元素的最鄰近原子到所論原子的距離不一定相等這里，這里，“最鄰近最鄰近”是就同種元素的原子相比是就同種元素的原子相比較而言，而配位數(shù)則是一個(gè)原子周圍的各元素較而言，而配位

2、數(shù)則是一個(gè)原子周圍的各元素的最近鄰原子數(shù)之和。的最近鄰原子數(shù)之和。 配位數(shù)通常用配位數(shù)通常用 CN 表示。例如，表示。例如，CN 12 表示配位數(shù)為表示配位數(shù)為12。第1頁/共36頁第二頁，共36頁。3四四面面體體配配位位(pi wi)4八面八面體配體配位位(pi wi)6立方立方體配體配位位8十十四四面面體體配配位位12第2頁/共36頁第三頁，共36頁。面心立方面心立方(lfng)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) CN122 幾何特征幾何特征2.1 配位配位(pi wi)數(shù)數(shù) 簡寫簡寫CN第3頁/共36頁第四頁，共36頁。密排六方結(jié)構(gòu)密排六方結(jié)構(gòu)(jigu) CN12c 高度a 第4頁/共36頁第五頁，共36頁。面

3、心立方面心立方(lfng)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) n = 4 三、常見三、常見(chn jin)晶體結(jié)構(gòu)及晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征其幾何特征2 幾何幾何(j h)特征特征2.2 一個(gè)晶胞中的原子數(shù)一個(gè)晶胞中的原子數(shù) 簡寫簡寫n第5頁/共36頁第六頁，共36頁。體心體心(t xn)立方結(jié)立方結(jié)構(gòu)構(gòu) n = 2三、常見三、常見(chn jin)晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征及其幾何特征2 幾何特征幾何特征2.2 一個(gè)一個(gè)(y )晶胞中的原子數(shù)晶胞中的原子數(shù) 簡寫簡寫n第6頁/共36頁第七頁，共36頁。密排六方結(jié)構(gòu)密排六方結(jié)構(gòu)(jigu) n =6三、常見三、常見(chn jin)晶體結(jié)構(gòu)及晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征其幾何特

4、征2 幾何特征幾何特征(tzhng)2.2 一個(gè)晶胞中的原子數(shù)一個(gè)晶胞中的原子數(shù) 簡寫簡寫n6*1/6+2*1/2+3+6*1/6第7頁/共36頁第八頁，共36頁。三、常見三、常見(chn jin)晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征征2 幾何特征幾何特征2.3 堆垛密度堆垛密度 又稱緊密系數(shù)又稱緊密系數(shù) 致密度致密度 簡寫簡寫 它表示原子排列的密集程度。假如把金屬晶體中的原子它表示原子排列的密集程度。假如把金屬晶體中的原子看成是有一定直徑的剛球，則緊密系數(shù)可以看成是有一定直徑的剛球，則緊密系數(shù)可以(ky)用剛球所用剛球所占空間的體積百分?jǐn)?shù)來表示。占空間的體積百分?jǐn)?shù)來表示。 以一個(gè)晶胞為例，

5、致密度就等于晶胞中原子所占體積與以一個(gè)晶胞為例，致密度就等于晶胞中原子所占體積與晶胞體積之比晶胞體積之比 即： 致密度 晶胞(jn bo)中原子所占體積之和/晶胞(jn bo)的體積。 =nv/V n: 晶胞(jn bo)原子數(shù) v：每個(gè)原子所占的體積 V: 晶胞(jn bo)的體積第8頁/共36頁第九頁，共36頁。面心立方面心立方(lfng)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) =0.74三、常見晶體結(jié)構(gòu)及其幾何三、常見晶體結(jié)構(gòu)及其幾何(j h)特征特征2 幾何特征幾何特征2.3 堆垛密度堆垛密度 又稱緊密系數(shù)又稱緊密系數(shù)(xsh) 簡寫簡寫3=4n3=n晶胞中各原子體積之和晶胞體積 原子體積 晶胞體積 晶胞體積 第9

6、頁/共36頁第十頁，共36頁。體心立方體心立方(lfng)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 0.68三、常見晶體結(jié)構(gòu)及其幾何三、常見晶體結(jié)構(gòu)及其幾何(j h)特征特征2 幾何特征幾何特征2.3 堆垛密度堆垛密度 又稱緊密又稱緊密(jnm)系數(shù)系數(shù) 簡寫簡寫第10頁/共36頁第十一頁，共36頁。三、常見晶體結(jié)構(gòu)及其幾何三、常見晶體結(jié)構(gòu)及其幾何(j h)特征特征2 幾何特征幾何特征2.3 堆垛密度堆垛密度 又稱緊密又稱緊密(jnm)系數(shù)系數(shù) 簡寫簡寫第11頁/共36頁第十二頁，共36頁。三、常見三、常見(chn jin)晶體結(jié)構(gòu)及晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征其幾何特征3 常見晶體中的重要間隙常見晶體中的重要間隙 （既然堆垛密度小

7、于（既然堆垛密度小于1，說明晶體中存在間隙），說明晶體中存在間隙） 從晶體原子排列的剛球模型可以看到，在原子球與原子球之間存在著不同形貌的從晶體原子排列的剛球模型可以看到，在原子球與原子球之間存在著不同形貌的間隙。晶體結(jié)構(gòu)中間隙的數(shù)量、位置和每個(gè)間隙的大小等也是晶體的一個(gè)重要特征間隙。晶體結(jié)構(gòu)中間隙的數(shù)量、位置和每個(gè)間隙的大小等也是晶體的一個(gè)重要特征，對于了解金屬的性能、合金相結(jié)構(gòu)、擴(kuò)散、相變等問題，對于了解金屬的性能、合金相結(jié)構(gòu)、擴(kuò)散、相變等問題(wnt)很有用處。很有用處。 3.1 FCC結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)（1）八面體間隙）八面體間隙邊長為邊長為 a的正八面體的正八面體數(shù)量數(shù)量(shling)為為1

8、+12*（1/4）=4與原子數(shù)比為與原子數(shù)比為1：122第12頁/共36頁第十三頁，共36頁。三、常見晶體結(jié)構(gòu)及其幾何三、常見晶體結(jié)構(gòu)及其幾何(j h)特征特征3 常見晶體中的重要間隙常見晶體中的重要間隙(jin x) 3.1 FCC結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)（1）八面體間隙）八面體間隙(jin x)24ra紅球?yàn)殚g隙原子紅球?yàn)殚g隙原子黑球?yàn)榫О雍谇驗(yàn)榫О拥?3頁/共36頁第十四頁，共36頁。三、常見晶體結(jié)構(gòu)及其幾何三、常見晶體結(jié)構(gòu)及其幾何(j h)特征特征3 常見晶體中的重要間隙常見晶體中的重要間隙(jin x) 3.1 FCC結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)（2）四面體間隙）四面體間隙(jin x)數(shù)量數(shù)量(shling)

9、： 8與原子數(shù)比為與原子數(shù)比為8：4=2：1rx /r=0.225第14頁/共36頁第十五頁，共36頁。紅球?yàn)殚g隙紅球?yàn)殚g隙(jin x)原原子子 黑球?yàn)榫О雍谇驗(yàn)榫О尤?、常見晶體結(jié)構(gòu)及其幾何三、常見晶體結(jié)構(gòu)及其幾何(j h)特征特征3 常見晶體常見晶體(jngt)中的重要間隙中的重要間隙 3.1 FCC結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)（2）四面體間隙）四面體間隙第15頁/共36頁第十六頁，共36頁。紅球?yàn)殚g隙(jin x)原子 黑球?yàn)榫О尤?、常見三、常?chn jin)晶體結(jié)構(gòu)及晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征其幾何特征3 常見晶體中的重要間隙常見晶體中的重要間隙(jin x) 3.2 BCC結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)（1）八面體

10、間隙）八面體間隙(jin x)（扁八面體間隙（扁八面體間隙(jin x)）數(shù)量：數(shù)量： 6與原子數(shù)比為與原子數(shù)比為6：2=3：1rx /r=0.155第16頁/共36頁第十七頁，共36頁。紅球?yàn)殚g隙原子黑球(hi qi)為晶胞原子ABCDE三、常見三、常見(chn jin)晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征及其幾何特征3 常見晶體中的重要間隙常見晶體中的重要間隙(jin x) 3.2 BCC結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)（2）四面體間隙）四面體間隙(jin x)數(shù)量：數(shù)量： 12與原子數(shù)比為與原子數(shù)比為12：2=6：1rx /r=0.291其實(shí)是扁八面體空隙的1/4第17頁/共36頁第十八頁，共36頁。三、常見三、常見(

11、chn jin)晶體結(jié)構(gòu)及晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征其幾何特征3 常見常見(chn jin)晶體中的重要間隙晶體中的重要間隙 3.3 HCP結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)（1）八面體間隙）八面體間隙數(shù)量數(shù)量(shling)： 6與原子數(shù)比為與原子數(shù)比為6：6=1：1rx /r=0.414第18頁/共36頁第十九頁，共36頁。三、常見晶體結(jié)構(gòu)及其幾何三、常見晶體結(jié)構(gòu)及其幾何(j h)特征特征3 常見晶體中的重要間隙常見晶體中的重要間隙(jin x) 3.3 HCP結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)（2）四面體間隙）四面體間隙(jin x)數(shù)量數(shù)量(shling)： 12與原子數(shù)比為與原子數(shù)比為12：6=2：1rx /r=0.225第19頁/共36頁

12、第二十頁，共36頁。三、常見晶體結(jié)構(gòu)及其幾何三、常見晶體結(jié)構(gòu)及其幾何(j h)特征特征3.4 總結(jié)總結(jié)(zngji)第20頁/共36頁第二十一頁，共36頁。0.155RFCC和和HCP配位數(shù)是一樣的配位數(shù)是一樣的間隙相對大小間隙相對大小(dxio)是一樣的是一樣的間隙數(shù)和原子數(shù)比是一樣的間隙數(shù)和原子數(shù)比是一樣的堆垛密度（致密度）是一樣的堆垛密度（致密度）是一樣的第21頁/共36頁第二十二頁，共36頁。三、常見晶體結(jié)構(gòu)及其幾何三、常見晶體結(jié)構(gòu)及其幾何(j h)特征特征4 常見晶體的堆垛方式常見晶體的堆垛方式 任何晶體都可以看成由任給的任何晶體都可以看成由任給的hkl原子面一層一層堆垛而成的。原子

13、面一層一層堆垛而成的。 主要討論主要討論FCC和和HCP的密排面的堆垛次序的密排面的堆垛次序(cx)。4.1 FCC結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)111面為密排面面為密排面第22頁/共36頁第二十三頁，共36頁。三、常見三、常見(chn jin)晶體結(jié)構(gòu)及晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征其幾何特征4 常見晶體常見晶體(jngt)的堆垛方式的堆垛方式 4.1 FCC結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 111面為密排面面為密排面第二層放在第二層放在“下箭頭下箭頭” 的位置，（也可以放在的位置，（也可以放在“上箭頭上箭頭”的位置）的位置）第三層放在第二層之上的第三層放在第二層之上的“上箭頭上箭頭” 的位置。的位置。第23頁/共36頁第二十四頁，共36頁。三、

14、常見晶體結(jié)構(gòu)及其幾何三、常見晶體結(jié)構(gòu)及其幾何(j h)特征特征4 常見常見(chn jin)晶體的堆垛方式晶體的堆垛方式 4.1 FCC結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)ABCAABC第24頁/共36頁第二十五頁，共36頁。三、常見三、常見(chn jin)晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征及其幾何特征4 常見晶體常見晶體(jngt)的堆垛方式的堆垛方式 4.2 HCP結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) （0001）面為密排面）面為密排面第二層放在第二層放在“下箭頭下箭頭” 的位置，（也可以放在的位置，（也可以放在“上箭頭上箭頭”的位置）的位置）第三層的位置與第一層重合。第三層的位置與第一層重合。第25頁/共36頁第二十六頁，共36頁。三、常見三、常

15、見(chn jin)晶體結(jié)構(gòu)及晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征其幾何特征4 常見晶體的堆垛方式常見晶體的堆垛方式(fngsh) 4.3 FCC和和HCP的比較的比較Hcp的堆垛方式為AB,AB, 密排面（0001）垂直于C軸。 Fcc的堆垛方式為ABC,ABC, 密排面111垂直于體對角線。 第26頁/共36頁第二十七頁，共36頁。 第二層第二層 對第一層來講最緊密的堆積方式對第一層來講最緊密的堆積方式(fngsh)是將球?qū)?zhǔn)是將球?qū)?zhǔn) 1，3，5 位。位。 ( 或?qū)?zhǔn)或?qū)?zhǔn) 2，4，6 位，其情形是一樣的位，其情形是一樣的 )123456123456AB， 關(guān)鍵是第三層，對第一、二層來說，第三層可以關(guān)鍵

16、是第三層，對第一、二層來說，第三層可以有兩種最緊密的堆積有兩種最緊密的堆積(duj)方式。方式。第27頁/共36頁第二十八頁，共36頁。 下圖是此種六方下圖是此種六方緊密堆積緊密堆積(duj)的前的前視圖視圖ABABA第一種是將球?qū)?zhǔn)第一種是將球?qū)?zhǔn)(du zhn)第一層第一層的球。的球。123456 于是于是(ysh)每兩層形成一每兩層形成一個(gè)周期，即個(gè)周期，即 AB AB 重復(fù)的重復(fù)的堆積方式，形成六方緊密堆積堆積方式，形成六方緊密堆積。 配位數(shù)配位數(shù) 12 。 ( 同層同層 6，上下層各上下層各 3 )第28頁/共36頁第二十九頁，共36頁。六方密堆積配位六方密堆積配位(pi wi)數(shù)數(shù)

17、 12 ，空間利用率為，空間利用率為 74.05 % 。 屬于屬于(shy)六方密堆積的金屬有：六方密堆積的金屬有： IIIB，IVB及及 Be、Mg、Tc、Re、Ru、Os 等。等。 面心立方面心立方(lfng)緊密堆積緊密堆積(Face-centred Cubic clode Packing) 第一層、第二層與六方密堆積相同。但是，第三第一層、第二層與六方密堆積相同。但是，第三層排布與六方密堆積的排布不同。采取第二種方式：層排布與六方密堆積的排布不同。采取第二種方式：ABC ABC ABC重復(fù)的堆積方式，形成面心立方重復(fù)的堆積方式，形成面心立方緊密堆積。緊密堆積。(第一層有第一層有7個(gè)質(zhì)點(diǎn)

18、，第二層有個(gè)質(zhì)點(diǎn)，第二層有3個(gè)質(zhì)點(diǎn)，個(gè)質(zhì)點(diǎn)，第三層有第三層有3個(gè)質(zhì)點(diǎn)、方向與二層不同。個(gè)質(zhì)點(diǎn)、方向與二層不同。)第29頁/共36頁第三十頁，共36頁。 第三層的第三層的另一種另一種排列方式，排列方式，是將球?qū)κ菍⑶驅(qū)?zhǔn)第一層的準(zhǔn)第一層的 2，4，6 位位，不同于不同于 AB 兩層兩層的位置的位置，這是這是 C 層。層。123456123456123456第30頁/共36頁第三十一頁，共36頁。123456面心立方緊密面心立方緊密(jnm)堆積的前堆積的前視圖視圖ABCAABC 第四層再排第四層再排 A，于是形，于是形成成 ABC ABC 三層一個(gè)周三層一個(gè)周期期(zhuq)。 得到面心立方得到面心立方堆積。堆積。 配位配位(pi wi)數(shù)數(shù) 12 。( 同層同